Question

6．小明要測量小燈泡的額定功率，實驗室提供的器材如下：符合要求的電源、額定電壓為U₀的小燈泡、阻值為R的定值電阻、滑動變阻器、單刀雙擲開關各一個、電壓表一塊、導線若干．他設計了如圖所示的電路進行實驗．
（1）請你幫助小明將實驗電路補充完整；
（2）連接好電路后，請你將正確的操作步驟補充完整：將開關S扳向1，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數(shù)為U₀；將開關S扳向2，保持滑動變阻器的滑片不動，記錄電壓表的示數(shù)U；
（3）小燈泡的額定功率P=$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{0}）}{R}$．（用U₀、U、R表示）

Answer 1

分析 （1）由圖可知：只有電壓表，沒有電流表，則要借助已知定值電阻求得燈泡的電流，那么為了讓燈泡和定值電阻的電流相同，則應采取串聯(lián)的方式，電壓表應分別測量燈泡兩端的電壓并使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值，再直接或間接測出定值電阻的兩端的電壓，據(jù)此分析完成實驗電路．
（2）因為要測燈泡額定功率，則實驗時首先應讓燈泡電壓等于額定電壓時，即應讓電壓表先測燈泡兩端的電壓且移動滑動變阻器的滑片P使電壓表的示數(shù)等于燈泡的額定電壓，然后在保持滑動變阻器的滑片位置不變的條件下，再用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，最后根據(jù)電功率的計算公式P=UI求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）通過分析可知：燈泡和定值電阻串聯(lián)，電壓表應先測量燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值，然后再間接測量定值電阻兩端的電壓．分析圖可以看出開關的閉合與斷開，電壓表先測燈泡兩端電壓，再測燈泡與定值電阻兩端電壓，如圖所示；

（2）閉合開關S₁，將開關S扳向1，調節(jié)滑動變阻器，移動滑動變阻器的滑片P，為了使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值U₀；保持滑動變阻器的滑片位置不變，將開關S扳向2，記錄電壓表的示數(shù)為U．
（3）∵燈泡和定值電阻R串聯(lián)，燈泡正常發(fā)光時的電壓為U₀，將開關S扳向2，電壓表測量燈泡與定值電阻兩端的電壓；
∴定值電阻兩端的電壓為：U′=U-U₀，
則電路中的電流為I=$\frac{U'}{R}$=$\frac{U-{U}_{0}}{R}$，
燈泡的額定功率：P=U₀I=U₀×$\frac{U-{U}_{0}}{R}$=$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{0}）}{R}$．
故答案為：（1）如圖；
（2）電壓表的示數(shù)為U₀；
（3）$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{0}）}{R}$．

點評 本題考查在沒有電流表、利用電壓表和定值電阻測量電功率的方法，有一定的難度，是一道難度較高的題目