淺談測電阻和測燈泡電功率實驗

呂葉新

“伏安法”測電阻和測小燈泡電功率是初中物理中的綜合電學實驗題，實驗的技能要求高，涉及知識面廣，是物理教學中的重點和難點，也是中考物理中的熱點問題.

除了常規的伏安法測電阻外，在近幾年無錫中考中多次出現只提供一個電表要求測出電阻的試題.在教學中，許多同仁總結出了伏阻法（電壓表和電阻）、安阻法（電流表和電阻）和等效替代法等方法來解決這些試題.對比伏安法測電阻和測電功率這兩個實驗，我們發現電路設計非常相似（如圖1和圖2所示），只是用待測燈泡替換了待測電阻.由此可知，我們利用伏阻法、安阻法和等效替代法設計的測電阻電路也可以用來測小燈泡的電功率.

方法一伏阻法

電路設計1

一、測電阻

（一）器材：電池組、滑動變阻器、電壓表一個、阻值已知的定值電阻R0、未知電阻Rx，開關一個、導線若干.

（二）設計原理：在串聯電路中，Ix=I0，即UxRx=U0R0.

（三）設計電路：如圖3所示.

（四）實驗步驟：（1）按照圖3電路圖連接實物電路;（2）將電壓表并聯在Rx兩端，閉合開關，調節滑動變阻器滑片到適當位置，測出電壓Ux;（3）將電壓表并聯在R0兩端，閉合開關，測出電壓U0.

（五）表達式：Rx=UxU0R0.

在該電路中，改變滑動變阻器接入阻值，重復以上步驟，還可以求出多組Rx，再求平均值以減小測量誤差.

二、測燈泡額定功率

（一）器材：電池組、滑動變阻器、電壓表一個、阻值已知的定值電阻R0、額定電壓U額已知的小燈泡，開關一個、導線若干.

（二）設計原理：在串聯電路中，I額=I0.

（三）設計電路：將圖3中的未知電阻改為待測燈泡，如圖4所示.

（四）實驗步驟：（1）按照圖4電路圖連接實物電路;（2）將電壓表并聯在燈泡兩端，閉合開關，調節滑動變阻器滑片使電壓表示數為U額，此時燈泡正常發光;（3）不改變滑動變阻器接入阻值，將電壓表并聯在R0兩端，閉合開關，測出電壓U0.

（五）表達式：P額=U額I額=U額×U0R0.

在上面電路設計圖3和圖4中，為測得兩次電壓，需要移動電壓表.如果我們再添加兩個開關或一個單刀雙擲開關，就可以在不移動電壓表情況下測出電阻和小燈泡額定功率.

電路設計2

一、測電阻

（一）設計電路：如圖5所示.

（二）實驗步驟：（1）按照圖5電路圖連接實物電路;

（2）閉合開關S和S1，斷開S2，調節滑動變阻器滑片到適當位置，測出電壓Ux;

（3）不改變變阻器接入阻值，閉合開關S和S2，斷開S1，測出電壓U.

（三）表達式：Rx=UxU-UxR0.

二、測燈泡額定功率

（一）設計電路：將圖5中的未知電阻改為待測燈泡如圖6所示.

（二）實驗步驟：（1）按照圖6電路圖連接實物電路;（2）閉合開關S和S1，斷開S2，調節滑動變阻器滑片使電壓表示數為U額，此時燈泡正常發光;（3）不改變滑動變阻器接入阻值，閉合開關S和S2，斷開S1，測出電壓U.

（三）表達式：P額=U額I額=U額×U-U額R0.

方法二安阻法

電路設計1

一、測電阻

（一）器材：電池組、滑動變阻器、電流表一個、阻值已知的定值電阻R0、未知電阻Rx、開關一個、導線若干.

（二）設計原理：在并聯電路中，Ux=U0，即I0R0=IxRx.

（三）設計電路：如圖7所示.

（四）實驗步驟：（1）按照圖7電路圖連接實物電路;（2）將電流表和待測電阻R0串聯，閉合開關，調節滑動變阻器滑片到適當位置，測出電流I0;（3）不改變滑動變阻器接入阻值，將電流表和Rx串聯，閉合開關，測出電流Ix.

（五）表達式：Rx=I0IxR0.

在該電路中，同樣可以改變滑動變阻器接入阻值，多次實驗求出Rx平均值以減小測量誤差.

二、測燈泡額定功率

（一）器材：電池組、滑動變阻器、電壓表一個、阻值已知的定值電阻R0、額定電壓U額已知的小燈泡，開關一個、導線若干.

（二）設計原理：在并聯電路中，UL=U0.當R0中電流為U額R0時，小燈泡正常發光.

（三）設計電路：將圖7中的未知電阻改為待測燈泡，如圖8所示.

（四）實驗步驟：（1）按照圖8電路圖連接實物電路;（2）將電流表和待測電阻R0串聯，閉合開關，調節滑動變阻器滑片使電流表示數I0=U額R0，此時燈泡正常發光;（3）不改變滑動變阻器接入阻值，將電流表和燈泡L串聯，閉合開關，此時電流表示數就是燈泡額定電流I額.

（五）表達式：P額=U額I額.

同樣，通過再添加兩個開關或一個單刀雙擲開關，我們可以在不移動電流表情況下測出電阻和小燈泡額定功率，電路設計如圖9和圖10所示.

電路設計2

一、測電阻

（一）設計電路：如圖9所示.

（二）實驗步驟：（1）按照圖9電路圖連接實物電路;（2）閉合開關S和S1，斷開S2，調節滑動變阻器滑片到適當位置，測出流I;（3）不改變滑動變阻器接入阻值，閉合開關S和S2，斷開S1，測出電流I0.

（三）表達式：Rx=I0I-I0R0.

二、測燈泡額定功率

（一）設計電路：將圖9中的未知電阻改為待測燈泡，如圖10所示.

（二）實驗步驟：（1）按照圖10電路圖連接實物電路;（2）閉合開關S和S2，斷開S1，調節滑動變阻器使電流表示數I0=U額R0，此時燈泡正常發光;（3）不改變滑動變阻器接入阻值，閉合開關S和S1，斷開S2，記下電流表示數I.

（三）表達式：P額=U額（I - I0）.

方法三等效替代法

一、測電阻

（一）器材：電池組、滑動變阻器、電壓表一個、電阻箱、未知電阻Rx、開關二個（或用單刀雙擲開關）、導線若干.

（二）設計原理：將未知電阻和電阻箱依次接入電路，當前后兩次電壓表示數相同時，未知電阻Rx和電阻箱接入R0的阻值相同.

（三）設計電路：如圖11所示.

（四）實驗步驟：（1）按照圖11電路圖連接實物電路;（2）閉合開關S1，斷開S2，調節滑動變阻器滑片到適當位置，記下電壓表示數U;（3）閉合開關S2，斷開S1，不改變滑動變阻器接入阻值，調節電阻箱使電壓表示數仍然為為U，記下此時電阻箱阻值R0.

（五）表達式：Rx = R0.

二、測燈泡額定功率

（一）器材：電池組、滑動變阻器、電壓表一個、電阻箱、額定電壓U額已知的小燈泡、開關二個（或用單刀雙擲開關）、導線若干.

（二）設計原理：利用等效替代法，測出燈泡正常發光時的電阻，再利用公式計算出額定功率.

（三）設計電路：將圖11中的未知電阻改為待測燈泡，如圖12所示.

（四）實驗步驟：（1）按照圖12電路圖連接實物電路;（2）閉合開關S1，斷開S2，調節滑動變阻器滑片使電壓表示數為U額，此時燈泡正常發光;（3）閉合開關S2，斷開S1，不改變滑動變阻器接入阻值，調節電阻箱使電壓表示數仍然為U額，記下此時電阻箱阻值R0.

（五）表達式：P額=U2額R0.

測量電阻和測量燈泡電功率這兩個實驗既有區別也有聯系，我們在日常教學中要引導學生勤于觀察、善于思考，抓住根本，運用已有知識，分析解題思路，歸納總結出解決問題的規律，更新舊知，探索出新知，真正做到舉一反三，觸類旁通.