測量 “小燈泡額定電功率” 問題方法淺析

姜忠年

摘 要： 測量“小燈泡額定電功率”的實驗是初中電學的一個重點和熱點，課本上主要介紹的是利伏安法測量小燈泡的額定電功率。隨著電學知識的融合出現了一些特殊的測量小燈泡額定電功率方法。本文從特殊方法入手進行系統分析，找出解決這類問題的方法。

關鍵詞： 額定電功率 伏安法 伏阻法 安阻法

測量“小燈泡額定電功率”是初中電學的一個重點和熱點，此實驗中考察的知識點有：電路的連接，電表量程的選擇，電路的設計，以及電路計算。課本上主要介紹的是“伏安法”測量小燈泡的額定電功率。隨著電學知識的融合出現了一些特殊的測量小燈泡額定電功率方法。這要求教師在教學過程中注重對學生的學法進行指導，全方位拓展學生思維，有效地解決實際問題。筆者在教學中發現：在測量“小燈泡額定電功率”實驗中，可以找尋出處理這類問題的一般方法，學生也能很好理解，非常有效。下面以三個典型的問題為例，談談我在處理這類問題時的做法，供大家學習和參考。

例1：（2014蘇州）在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，已連接的部分電路如圖a所示，圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V“字樣。

圖a 圖b

第（1）題答案

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖中的實物電路連接完整。

（2）開始實驗后，當變阻器滑片滑到圖示位置時，電壓表的示數為3.0V，接著應將滑片向？搖？搖 ？搖？搖滑動，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時電流表的示數如圖b所示，則燈泡的額定功率為？搖？搖 ？搖？搖W。

（3）實驗時某小組學生發現電流表損壞，他們想設計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實驗，于是向老師要了一個R的定值電阻（阻值適當）和一個單刀雙擲開關（符號為），借助原有實驗器材，順利完成了實驗，假如由你來做實驗，要求電路只連接一次，請設計實驗方案。

①在虛線框內畫出實驗電路圖。②簡述實驗步驟。（用相應的字母表示測出得出物理量）

③寫出燈泡額定功率的表達式P=？搖？搖 ？搖？搖。（用已知量和測量量表示）

分析：（1）按要求進行電路連接是初中電學的基本考點；①伏安法測量小燈泡電功率的電路圖；②電表量程的選擇；③滑動變阻器的連接。

（2）①電路動態分析：在此電路中，當滑動變阻器的滑片向左移動時連在電路中電阻的變大，電流減小，電壓表示數減小，燈泡變暗；反之正好相反。②當U=Ue時P=Pe；當UUe時P>Pe。（3）沒有電流表，但是有電壓表和已知阻值的電阻相配合，可以當“電流表”使用（伏阻法）；注意這里是測量小燈泡的額定功率，所以測算的電流一定要是小燈泡正常工作時通過燈泡的電流，判斷小燈泡正常工作的方法是：電壓表與小燈泡并聯，移動滑動變阻器使電壓表示數為3.8V。

解：（1）電壓表應選0～15V的量程，滑動變阻器接上接線，電路圖如上圖所示。

（2）由電路圖可知，應向右移動滑動變阻器滑片，使滑動變阻器接入電路的阻值變小，燈泡兩端的電壓變大，當電壓表示數等于燈泡額定電壓3.8V時，燈泡正常發光，燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W。

（3）方法一：（電路圖如圖所示）

方法二：（電路圖如圖所示）

實驗步驟：①按圖連接電路，閉合S，S接2，調節滑動變阻器滑片到最左端，讀出電壓表示數為U（電源電壓）。

②S接1，移動滑動變阻器滑片的位置，使電壓表示數為3.8V。

③保持滑動變阻器滑片的位置不變，S接2，電壓表示數為U1。

數據處理：求出滑動變阻器連入電路中的電阻；

通過燈泡的電流是Ie=；小燈泡的額定功率。

例2：（2015蘇州模擬）在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V。

（1）電路連接好后，閉合開關后，燈泡不亮，電壓表有示數且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，產生這一現象的原因可能是？搖 ？搖？搖？搖。

甲 乙 丙

（2）排除故障后，在將滑動變阻器的滑片從一端緩慢移到另一端的過程中，發現電壓表示數U與滑片移動距離x的關系如圖乙所示，電壓調節非常不方便，這是由于選用了？搖？搖 ？搖？搖（選填“A”或“B”）滑動變阻器。可供選用的滑動變阻器

A：滑動變阻器A（阻值范圍0-500′Ω，滑片行程10cm）。

B：滑動變阻器B（阻值范圍0-50′Ω，滑片行程10cm）。

（3）換用了另一個滑動變阻器并接通電路后，移動滑片位置，當電壓表的示數為3.8V時，電流表的示數如圖丙所示，其讀數為？搖？搖 ？搖？搖A。

（4）實驗中剛剛測完上述（3）中的一個數據，電流表突然損壞了。他們找到了一個阻值為10′Ω的定值電阻和一個單刀雙擲開關（符號為（—/二）），借助原有的實驗器材，重新進行了測量。假如由你來做實驗，要求電路只連接一次，請設計實驗方案。

①在虛線框內畫出實驗電路圖。

②簡述實驗步驟。

③寫出燈泡額定功率的表達式P=？搖？搖 ？搖？搖。（用已知量和測量量表示）

分析：（1）串聯電路的常見故障，一般是斷路和短路，主要先看電路中的電流大小，電流為0，就是斷路；再看電壓表是否有示數，就可以確定斷點的位置。

（2）根據圖像，我們發現滑動變阻器的滑片移動了一段較長的距離，電路中電流仍然較小，加在小燈泡兩端的電壓較低，說明此時電路電阻較大，滑動變阻器量程太大的緣故。

（3）電表讀數是初中生的基本技能。首先要明確量程，進而明確分度值，讀數即可。

⑷在沒有電流表的情況下，主要的思想方法是伏阻法。同學絕大多數使用例題1的方法一，沒有仔細分析，小燈泡要正常發光，加在其兩端的電壓是3.8V，此時的電流是0.5A，小燈泡的電阻是7.8′Ω，由于電源電壓是6V，要小燈泡正常工作電路的總電阻是12′Ω，此時提供給我們的定值電阻R>12′Ω-7.8′Ω=4.2′Ω，所以采用方法一是不可行的，只能采用方法二。

解：（1）小燈泡斷路；（2）A；（3）0.5A；（4）①實驗電路圖。

②實驗步驟：第一步：根據電路圖，閉合開關S，S接1，調節滑動變阻器，使電壓表示數為3.8V；

第二步：保持滑動變阻器滑片位置不變，S接2，讀出電壓表示數U。

③數據處理：求出滑動變阻器連入電路中的電阻R=

通過燈泡的電流是Ie=；小燈泡的額定功率Pe=。

通過對以上兩個例題的分析，我們可以發現和在處理沒有電流表、只有電壓表和定值電阻的配合測量小燈泡額定電功率的一般方法：（1）電源電壓是否已知；如果未知優先采用方法一，表達比較簡單點；（2）電源電壓已知，先嘗試一下方法一，注意檢驗在滑動變阻器接入電路電阻為0時，能否使小燈泡正常工作，如果能如果不能就采用方法二。

例3（2013揚州）在測“3.8V”小燈泡額定電功率實驗中，由于沒有電壓表，提供已知阻值的電阻R，下列也能測出該燈泡額定功率的是（？搖 ？搖）

A B C D

分析：安阻法：電流表和定值電阻配合可以當做電壓表使用。首先，要能夠保證小燈泡正常發光，要加在電壓表兩端的電壓是3.8V，只能是電流表和定值電阻串聯后再與小燈泡并聯，移動滑動變阻器的滑片，使電流表的讀數為I=3.8V/R，然后再不改變滑動變阻器電阻情況下（不改變電路連接，使電壓分配沒有變化）使電流表測量出總電流I，這樣通過小燈泡的電流是I=I-3.8V/R，這樣就可以算出Pe=3.8V（I—3.8V/R）。所以只能選C。

以上列舉的三個問題都是初中電學中比較難的問題，教師在中考復習的過程中要注重基礎知識，但是又要合理整合進行系統梳理，做成學案和學生一起思考、一起歸納，最終實現有效提升，這樣才能提高學生處理問題的能力。