Question

16．九年2班同学到实验室做测量小灯泡功率的实验．老师要求肖明小组测量小灯泡的额定功率，提供给他们的器材如下：额定电压为U₀的小灯泡、电源（电压未知）、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、-只单刀双掷开关和若干导线．实验时不能忽略灯丝的电阻随温度的变化．
要求：
（1）请帮他们设计出实验电路图并画在虚线框内．
（2）写出测量小灯泡额定功率的主要步骤及额定功率的表达式．

Answer 1

分析 没有电压表，可借助电流表和已知阻值的电阻R的组合间接测灯泡两端电压，从而使灯泡正常发光；再用电流表测此时灯泡的电流，即可根据P=UI计算灯泡的额定功率．由此计算电路并计算灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）根据分析，画出实验电路如图所示：
；
（2）由图L与R并联，灯泡正常发光时U₀=U_R=IR，所以通过R电流为I=$\frac{{U}_{0}}{R}$，
主要步骤：
①按电路图连接实物电路，开关断开，滑动变阻器的滑片移到最大阻值处；
②开关S接1，调节滑动变阻器，使电流表示数大小为$\frac{{U}_{0}}{R}$；
③保持滑片的位置不变，将开关S接2，读出此时电流表示数为I′．
由此可知灯泡正常发光时的电流I_L=I′-$\frac{{U}_{0}}{R}$，
所以灯泡的额定功率：P=U₀I_L=U₀（I′-$\frac{{U}_{0}}{R}$）．
答：（1）电路图见上；
（2）主要步骤：
①按电路图连接实物电路，开关断开，滑动变阻器的滑片移到最大阻值处；
②开关S接1，调节滑动变阻器，使电流表示数大小为$\frac{{U}_{0}}{R}$；
③保持滑片的位置不变，将开关S接2，读出此时电流表示数为I′．
额定功率的表达式：P=U₀（I′-$\frac{{U}_{0}}{R}$）．

点评 本题主要考查学生对电学知识的综合应用，尤其是实验设计，这是重点也是难点，此类问题在设计时可以这样考虑：
①没有电压表，利用定值电阻和电流表以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成并联电路，找电压相等列等式求出；
②没有电流表，利用电压表和定值电阻以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出．