伏安法測小燈泡電功率實驗題分析和解決方法

張 慶

(江蘇省南京市江寧區(qū)銅井初級中學(xué) 210018)

實驗題：伏安法測小燈泡電功率，如圖1.

圖1

1.表達式：P=UI

2.如果知道小燈泡的額定電壓，看著電壓表調(diào)節(jié)滑動變阻器；如果知道小燈泡的額定電流，就應(yīng)該看著電流表調(diào)節(jié)滑動變阻器.

一、缺少電流表

1.完成上述實驗后，老師請同學(xué)們思考：如果電流表壞了，再增加一個開關(guān)和阻值為R0的定值電阻，還能測出小燈泡的額定功率嗎？下面是同學(xué)們設(shè)計的四個電路如圖2，你認為可行的是____.(已知小燈泡的額定電壓)

圖2

分析測量小燈泡電功率，首先要把電壓調(diào)到額電電壓，再測此時的通過小燈泡的電流，而電流的測量要通過定值電阻測量，所以電阻和小燈泡要串聯(lián).并且需要測量電阻兩端電壓.所以電壓表需要能先測量燈泡的電壓，通過開關(guān)變化直接或間接測定值電阻電壓.所以B圖正確.

2.完成上述實驗后，老師請同學(xué)們思考：如果電流表壞了，再增加一個開關(guān)和阻值為R0的定值電阻，還能測出小燈泡的額定功率嗎？下面是同學(xué)們設(shè)計的四個電路，你認為可行的是____.(已知小燈泡的額電電流)

分析測量小燈泡電功率，首先要使通過小燈泡的電流為額定電流，再測此時電泡兩端的電壓，而調(diào)節(jié)電流需要通過定值電阻兩端電壓表來調(diào)節(jié)，所以電阻和小燈泡要串聯(lián).所以電壓表需要能接在電阻兩端，通過開關(guān)變化直接或間接測量此時小燈泡兩端電壓.所以A圖正確.

例1老師又拿來一個額定電流為I額的小燈泡.為測得小燈泡的額定功率，小明設(shè)計了圖3所示電路，電源電壓未知、電阻的阻值R0已知.請你將實驗步驟補充完整.

圖3

①只閉合開關(guān)S1，將滑動變阻器的滑片移至最左端.讀出電壓表V1的示數(shù)為U1；

②只閉合開關(guān)S2，再次調(diào)節(jié)滑片，直到電壓表V2的示數(shù)為____，此時小燈泡正常發(fā)光，電壓表V1的示數(shù)為U2；

③小燈泡額定功率的表達式是P額=____.

分析步驟(1)為了測量電源電壓，所以為U1電源電壓,步驟(2)為了使燈泡正常發(fā)光，電路中電流為I額R′，此時電壓表V2的示數(shù)為U1-I額,此時電壓表V1的示數(shù)為U2，燈泡兩端電壓為U1-U2.所以步驟(3)里P額=(U1-U2)I額.

總結(jié)本題需要確定流過燈泡的電流為額定電流，關(guān)鍵在于如何通過電壓表來確定.

二、缺少電壓表

1.小華利用圖4所示的電路測出了小燈泡L2的額定功率.請在虛線框內(nèi)補上小燈泡、電流表和定值電阻R(阻值已知)這三個元件的符號，使電路完整，實驗操作方便.(已知小燈泡的額定電壓)

圖4

分析測量小燈泡電功率，首先要把燈泡兩端電壓調(diào)到額定電壓，再測此時的通過電泡的電流，而燈泡兩端電壓的調(diào)節(jié)要通過流過定值電阻的電流來確認，所以電阻和小燈泡要并聯(lián).電流表需要能先流過電阻的電流，通過開關(guān)變化直接或間接測量此時流過燈泡的電流.所以左上為定值電阻，左下為燈泡，右上為電流表.

2.小華利用圖4所示的電路測出了小燈泡L2的額定功率.請在虛線框內(nèi)補上小燈泡、電流表和定值電阻R(阻值已知)這三個元件的符號，使電路完整，實驗操作方便.(已知小燈泡的額定電流)

分析測量小燈泡電功率，首先要把通過燈泡的電流調(diào)到額定電流，電阻和小燈泡要并聯(lián)才能再通過測量此時的通過定值電阻的電流，從而計算出燈泡的額定電壓，所以電流表需要先測量流過燈泡的電流，再通過開關(guān)變化直接或間接測量流過定值電阻的電流.所以左上為燈泡，左下為定值電阻，右上為電流表.

三、拓展

小華設(shè)計了如圖4所示的電路也完成了該實驗，請完成下列填空(電源電壓不變，R1和R2為滑動變阻器，R2的最大電阻為R0).①只閉合開關(guān)____，調(diào)節(jié)R2，使電壓表的示數(shù)為2.5V;②只閉合開關(guān)____，調(diào)節(jié)____使電壓表的示數(shù)仍為2.5V.③接著將R2的滑片P調(diào)至最左端，記下電壓表____的示數(shù)為U1；再將R2的滑片P調(diào)至最右端，記下電壓表的示數(shù)為U1.則小燈泡額定功率的表達式P額=____(用U額、R0、Ul、U2表示).

分析本題利用滑動變阻器來替代小燈泡正常發(fā)光時的電阻，所以先調(diào)節(jié)滑動變阻器R2使燈泡正常發(fā)光，記下電壓表示數(shù)，再調(diào)節(jié)使電壓表示數(shù)和之前一樣，不再調(diào)節(jié)R1，通過R2的左右變化，測出R1的阻值，利用P=U2/R1，即可算出.

例2在“測量小燈泡的功率”實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V.如圖5所示.(1)如圖5甲是小明測量小燈泡額定功率的實物電路圖(不完整).請用筆畫線代替導(dǎo)線將實物電路圖連接完整.(2)閉合開關(guān)前，圖甲中滑動變阻器的滑片P應(yīng)位于____(選填“A”或“B”)端.(3)連接好電路后，閉合開關(guān)，小明發(fā)現(xiàn)移動滑動變阻器滑片P，小燈泡不發(fā)光，電壓表示數(shù)為零.進一步觀察并檢查電路，發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表、導(dǎo)線及其連接均完好.針對電路中出現(xiàn)的小燈泡不發(fā)光的故障現(xiàn)象，他提出了如下猜想：①小燈泡短路；②小燈泡燈絲斷了；③滑動變阻器斷路.根據(jù)故障現(xiàn)象，猜想____(填序號，下同)是錯誤的.如果觀察到電流有示數(shù)，則猜想____是正確的.(4)排除故障后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P到某一位置，電壓表示數(shù)如圖5乙所示，此時應(yīng)將滑片P向____(選填“A”或“B”)端移動到合適位置，讀出電流表示數(shù)，即可算出小燈泡的額定功率.

圖5

(5)小華打算增加一個阻值為10Ω的電阻R0，只利用一只電表，通過簡單操作(開關(guān)S接“a”、“b”各一次)來測量小燈泡的額定功率.圖5丙、丁是好設(shè)計的兩種不同方案的電路圖.則以下判斷正確的是 ____(填字母).

A.兩種方案都能 B.兩種方案都不能

C.丙方案能，丁方案不能 D.丙方案不能，丁方案能

本題第(5)小題考查我們是否靈活掌握了以上分類情況，根據(jù)題中所給為小燈泡的額定電壓，對于丙圖我們首先要通過調(diào)節(jié)滑動變阻器使定值電阻為電壓為2.5V.但開關(guān)調(diào)到b端燈泡兩端電壓會變化，所以不可以測量小燈泡額定功率，但在本題的基礎(chǔ)上可以修改，就可以測出小燈泡額定功率.而丁圖由于電壓表沒有直接接在燈泡兩端，無法根據(jù)電壓表示數(shù)確定燈泡正常發(fā)光，所以也不可以測出額定功率，如果電阻和燈泡位置對調(diào)，就可以了.

可見中考題就是在以上題型中變化，只要我們弄清本質(zhì)，分清情況，在中考就可以靈活應(yīng)對.