Question

18．現在要測量一只額定電壓U=3V的小燈泡L的額定功率P（約為0.3W）．實驗室備有如下器材
電流表A₁（量程為200mA，內阻r₁=10Ω）
電流表A₂（量程為300mA，內阻約為5Ω）
定值電阻R（10Ω）
滑動變阻器R₁（0～100Ω，0.5A）
電源E（E=5V，r≈1Ω）
單刀開關一個、導線若干
（1）請設計出實驗電路，并畫在圖甲所示的虛線框內．

（2）按（1）中設計的電路圖把圖乙中實物連接起來．
（3）①按設計好的電路圖連接好電路，開關S閉合前，滑動變阻器的滑片P應移至阻值最大的位置；
②閉合開關S，移動滑片P，使電流表A₁的示數I₁=150mA，同時記下此時電流表A₂的示數I₂
③斷開開關S，拆除電路，整理器材．
（4）實驗中計算燈泡額定功率的表達式為P=U（I₂-I₁）．（用題中給定的符號以及（3）中涉及的記錄符號來表示）

Answer 1

分析 （1）測量小燈泡的額定功率，應測量其電壓及電流，由P=UI可求出功率，根據題目中給出的條件可得出合理的原理圖；
（2）根據原理圖將實物圖中的各元件連接即可得出實物圖；
（4）通過（3）中步驟明確實驗原理，再根據測量數據，由P=UI可求得功率的表達式．

解答 解：（1）根據P=IU可求出小燈泡的額定電流為：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{0.3}{3}$=0.1A，可知電流表應選A₂；
由于沒有電壓表，考慮將電流表A₁與定值電阻R串聯進行改裝，
由歐姆定律可得改裝后的電壓表量程為：U=0.2×（10+10）=4V，略大于小燈泡的額定電壓，所以可行；
根據閉合電路歐姆定律，電路中需要的最大電阻應為：R_max=$\frac{5}{\frac{1}{3}×0.3}$=50Ω，變阻器可采用限流式接法，電路圖如圖所示：
（2）根據原理圖可得出對應的實物圖；如圖所示；
（4）根據改裝原理可知，電流為150mA時，燈泡兩端的電壓為3V，恰好為額定電壓；根據串并聯規(guī)律可知，通過小燈泡的額定電流為：I=I₂-I₁，
所以小燈泡的額定功率為：P=UI=U（I₂-I₁）；
故答案為：（1）如圖所示；（2）如圖所示；（4）U（I₂-I₁）

點評 本題應明確：①應通過求出通過待測電阻的最大電流來選擇電流表量程；②當沒有電壓表時，應考慮將內阻已知的電流表與定值電阻串聯而改裝為電壓表．