Question

6．一位同學(xué)想要測(cè)量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，現(xiàn)有如下器材可供選擇：電源（電壓未知不變），滑動(dòng)變阻器、定值電阻R₀（阻值已知），電壓表各一個(gè)，開關(guān)兩個(gè)，導(dǎo)線若干．
（1）畫出設(shè)計(jì)的電路圖；
（2）簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)步驟；
（3）用你所測(cè)得的物理量表示出小燈泡的額定功率的表達(dá)式P=$\frac{2.5V×（{U}_{2}-2.5V）}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)中缺少電流表，但有阻值已知的定值電阻R₀，所以本題可用伏阻法來測(cè)量小燈泡的功率；
利用串聯(lián)電路中電流處處相等的特點(diǎn)，讓燈泡與定值電阻R₀、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡兩端電壓為額定電壓（即燈泡正常發(fā)光），通過已知電阻與電壓表的組合間接測(cè)出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算燈泡的額定功率；據(jù)此畫出電路圖、寫出實(shí)驗(yàn)步驟并推導(dǎo)小燈泡額定功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中缺少電流表，但有阻值已知的定值電阻R₀，根據(jù)串聯(lián)電路中電流處處相等的特點(diǎn)，利用伏阻法來測(cè)量小燈泡的額定功率，設(shè)計(jì)的電路圖如下圖所示：

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：
①按電路圖連接電路，滑片置于最大阻值處，閉合S₁，斷開S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為U₁=2.5V；
②保持滑片的位置不變，斷開S₁，閉合S₂，讀出電壓表示數(shù)U₂．
（3）小燈泡額定功率表達(dá)式的推導(dǎo)過程：
在步驟①②中，燈泡、定值電阻R₀、滑動(dòng)變阻器始終串聯(lián)，且滑片位置不變，則兩次實(shí)驗(yàn)時(shí)電路中電流相等；
在步驟②中，電壓表測(cè)量燈泡和定值電阻R₀的總電壓，則R₀兩端的電壓：U₀=U₂-U₁=U₂-2.5V；
串聯(lián)電路電流處處相等，所以燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流：I_L=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{0}}$；
燈泡的額定功率為：P=U₁I_L=2.5V×$\frac{{U}_{2}-2.5V}{{R}_{0}}$=$\frac{2.5V×（{U}_{2}-2.5V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）電路圖如上圖所示；
（2）實(shí)驗(yàn)步驟：
①按電路圖連接電路，滑片置于最大阻值處，閉合S₁，斷開S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為U₁=2.5V；
②保持滑片的位置不變，斷開S₁，閉合S₂，讀出電壓表示數(shù)U₂．
（3）小燈泡的額定功率的表達(dá)式：P=$\frac{2.5V×（{U}_{2}-2.5V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) （1）本題考查了伏阻法測(cè)量燈泡的額定功率，注意要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡的電壓為2.5V后，再間接測(cè)量定值電阻兩端的電壓，才能求得燈泡的額定功率．
（2）由于本題沒有說明不能拆改電路，也可用電壓表分別測(cè)量燈泡和定值定值的電壓，進(jìn)而測(cè)得燈泡的額定功率，如下圖所示：
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