Question

19．小美和小丽做测定小灯泡额定功率的实验，实验桌上备有下列器材：额定电压为3.8V的小灯泡、电压未知的电源（两端电压不变）、阻值为R的定值电阻、滑动变阻器、电压表各一只、三个开关和导线若干．
（1）小美和小丽设计实验方案测量小灯泡的额定功率，小丽连接了一部分实验电路（如图所示），请你按添加一根导线完成图所示的剩余部分实验电路的连接．
（2）请写出本实验主要测量步骤及所测物理量：
①如图所示连接电路，闭合开关S₁、S₃，断开S₂，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为U₁=3.8V；
②保持滑片P位置不变，断开S₃，闭合开关S₁、s₂，记录电压表的示数U₂．
（3）本实验中计算小灯泡额定功率的表达式P_额=${U}_{1}×\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$．（用R、U₁、U₂表示）

Answer 1

分析 本题在缺少电流表的情况下，测量小灯泡的额定功率，电压表和定值电阻R应起到电流表的作用，所以R应和灯串联．通过移动滑片，首先使并联在灯两端的电压表示数为U₁，使灯正常发光；在保持变阻器滑片不动的前提下，通过开关的转换，使电压测出R和灯两端的总电压U₂，因电路的连接关系没有改变，各用电器两端的电压不变，故可求此时R的电压U_R，由欧姆定律求出R的电流，即灯正常发光时的电流I，根据P_额=U_额I求出灯的额定功率．

解答 解：（1）由上面的分析，在电压表的左接线柱和开关S1的左接线柱之间连线，如下图所示；


（2）①如图连接好电路，为保护电路元件，将滑片移动到最右端，闭合开关S₁和 S₃，断开 S₂，此时电压表并联在灯的两端，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数U₁=3.8V；
②保持滑片P位置不变，断开开关S₁，闭合开关S₂，此时电压表测灯和R的总电压，记录电压表的示数U₂；
（3）因电路的连接关系没有改变，各用电器的电压不变，即在②中灯和R两端的电压和①中的电压相同，所以灯正常工作时，通过R的电流I=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，根据串联电路电流的特点，通过灯的电流I=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，
（3）本实验中计算小灯泡额定功率的表达式P_额=U_额I=U₁×$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$．
故答案为：（1）如上图所示；（2）①3.8；②S₂；${U}_{1}×\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$．

点评 本题在没有电流表的情况测量不灯泡的额定功率，考查学生运用所学知识解决实际问题的能力，综合性，有一定难度，对设计实验方案的能力要求高．