Question

如圖所示在一次測定小燈泡額定功率的實驗中，老師給出了下列器材：額定電壓為U₀的小燈泡、電源（電壓未知）、一個阻值為R的電阻、一個滑動變阻器、一個電流表、一個單刀雙擲開關(guān)和若干導線．實驗時不能忽略燈絲的電阻隨溫度而發(fā)生的變化．
（1）小張同學設計的實驗電路圖如圖所示，請你根據(jù)電路圖用筆畫線連接未完成的實物連線．
（2）寫出用以上實驗電路測定小燈泡額定功率的主要步驟和需要測量的物理量（物理量用字母表示）；
（3）本實驗中，小燈泡額定功率的表達式P=________．
（4）若在給出的器材中只將其中的一個電流表改為一個電壓表，請你重新設計一個實驗電路圖，測量小燈泡的額定功率．

Answer 1

解：（1）實物連線如圖所示：

（2）因小燈泡的額定電壓U₀已知，故通過電阻R的電流為I_R=，故還需要：
將S擲向接線柱1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表讀數(shù)；
保持滑動變阻器滑片不動，S擲向接線柱2，讀出電流表讀數(shù)I．
（3）由（2）得，通過小燈泡的電流為：I_L=I-I_R=I-，
小燈泡的功率為：P=UI=U₀（I-）；
（4）利用電壓表和定值電阻，一般設計成串聯(lián)電路，找電流相等列等式求出．
電路圖如圖所示

故答案為：（1）如上圖所示；
（2）步驟為：第一步：計算當電阻R兩端電壓為U₀時的電流I_R=，
第二步：將S擲向接線柱1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表讀數(shù)，
第三步：保持滑動變阻器滑片不動，S擲向接線柱2，讀出電流表讀數(shù)I．
（3）U₀（I-）；
（4）如上圖．
分析：（1）在連接實物圖時需注意：滑動變阻器選擇一上一下與電路圖中接入的部分對應；
（2）測定了燈泡的功率是利用公式P=UI進行，開關(guān)在2時，R與L并聯(lián)，電流表測總電流，開關(guān)在1時，電流表測通過R的電流，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律可以求得通過燈泡的電流；
（3）根據(jù)測得物理量，結(jié)合P=UI列出；
（4）沒有電流表，利用電壓表和定值電阻，一般設計成串聯(lián)電路，找電流相等列等式求出．
點評：本題主要考查學生對電學知識的綜合應用，尤其是實驗設計，這是重點也是難點，在設計實驗時可參考一下：
①沒有電壓表，利用定值電阻和電流表以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設計成并聯(lián)電路，找電壓相等列等式求出；
②沒有電流表，利用電壓表和定值電阻以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設計成串聯(lián)電路，找電流相等列等式求出．