Question

19．小明同學(xué)想到伏安法測(cè)電阻中用到了等效替代的思想測(cè)電阻，于是他又設(shè)計(jì)了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)方案（其中電源電壓未知，燈泡的額定電壓U₀=3.8V，電阻R的阻值已知），實(shí)驗(yàn)步驟如下：
A．電路如圖所示，按電路圖連好電路；
B．開關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
C．開關(guān)S撥到位置2，滑片P位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂．
數(shù)據(jù)處理：先算出了燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；（請(qǐng)你用所測(cè)的物理量表示），再根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，計(jì)算出燈的額定功率．他們按此方案測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，其原因是：燈絲電阻隨溫度（電壓）的變化而變化．
仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟B改為將開關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)為$\frac{3.8V}{R}$．．

Answer 1

分析 由電路圖可知，R與L并聯(lián)，當(dāng)開關(guān)S拔到位置1時(shí)電流表測(cè)通過(guò)R的電流，當(dāng)開關(guān)S拔到位置2時(shí)電流表測(cè)電路的總電流值，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，滑片的位置不動(dòng)，所以各用電壓的電壓不變，通過(guò)定值電阻R的電流不變，故根據(jù)歐姆定律求出并聯(lián)部分的電壓，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出通過(guò)L的電流，進(jìn)一步根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻；
因不同電壓下燈泡的電阻不同，燈正常發(fā)光的電阻與按上面的方法測(cè)出的燈的電阻大小不相等，R_L實(shí)≠R_L，所以用P=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出燈泡的額定功率與實(shí)際功率不同；
為解決上面操作存在的問(wèn)題，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表的示數(shù)為$\frac{3.8V}{R}$，燈一定正常發(fā)光，就可以測(cè)出燈泡的額定功率．

解答 解：在B中，因R與L并聯(lián)，所以，并聯(lián)部分兩端的電壓U=I₁R；
在C中，因通過(guò)R的電流保持不變，所以，通過(guò)燈泡的電流為I_L=I₂-I₁，則燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；
因燈泡的電阻與溫度（電壓）有關(guān)，所以，燈泡的額定功率不能用P=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出；
為解決上面的問(wèn)題，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表的示數(shù)為$\frac{3.8V}{R}$，則定值電阻的電壓為3.8V，則與R并聯(lián)的燈的電壓為3.8V，燈正常發(fā)光，測(cè)出此時(shí)電路中的總電流并求出通過(guò)燈泡的電流，利用P=UI可求出燈泡的額定功率．
故答案為：$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；燈絲電阻隨溫度（電壓）的變化而變化；
將開關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)為$\frac{3.8V}{R}$．

點(diǎn)評(píng) 本題在沒(méi)有電壓表情況下測(cè)燈的額定功率，主要考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估能力，并根據(jù)在存在的問(wèn)題嘗試提出改進(jìn)意見(jiàn)，難度大，對(duì)能力要求高．