Question

19．小美和小麗做測定小燈泡額定功率的實驗，實驗桌上備有下列器材：額定電壓為3.8V的小燈泡、電壓未知的電源（兩端電壓不變）、阻值為R的定值電阻、滑動變阻器、電壓表各一只、三個開關和導線若干．
（1）小美和小麗設計實驗方案測量小燈泡的額定功率，小麗連接了一部分實驗電路（如圖所示），請你按添加一根導線完成圖所示的剩余部分實驗電路的連接．
（2）請寫出本實驗主要測量步驟及所測物理量：
①如圖所示連接電路，閉合開關S₁、S₃，斷開S₂，調節滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數為U₁=3.8V；
②保持滑片P位置不變，斷開S₃，閉合開關S₁、s₂，記錄電壓表的示數U₂．
（3）本實驗中計算小燈泡額定功率的表達式P_額=${U}_{1}×\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$．（用R、U₁、U₂表示）

Answer 1

分析 本題在缺少電流表的情況下，測量小燈泡的額定功率，電壓表和定值電阻R應起到電流表的作用，所以R應和燈串聯．通過移動滑片，首先使并聯在燈兩端的電壓表示數為U₁，使燈正常發光；在保持變阻器滑片不動的前提下，通過開關的轉換，使電壓測出R和燈兩端的總電壓U₂，因電路的連接關系沒有改變，各用電器兩端的電壓不變，故可求此時R的電壓U_R，由歐姆定律求出R的電流，即燈正常發光時的電流I，根據P_額=U_額I求出燈的額定功率．

解答 解：（1）由上面的分析，在電壓表的左接線柱和開關S1的左接線柱之間連線，如下圖所示；


（2）①如圖連接好電路，為保護電路元件，將滑片移動到最右端，閉合開關S₁和 S₃，斷開 S₂，此時電壓表并聯在燈的兩端，調節滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數U₁=3.8V；
②保持滑片P位置不變，斷開開關S₁，閉合開關S₂，此時電壓表測燈和R的總電壓，記錄電壓表的示數U₂；
（3）因電路的連接關系沒有改變，各用電器的電壓不變，即在②中燈和R兩端的電壓和①中的電壓相同，所以燈正常工作時，通過R的電流I=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，根據串聯電路電流的特點，通過燈的電流I=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，
（3）本實驗中計算小燈泡額定功率的表達式P_額=U_額I=U₁×$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）①3.8；②S₂；${U}_{1}×\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$．

點評 本題在沒有電流表的情況測量不燈泡的額定功率，考查學生運用所學知識解決實際問題的能力，綜合性，有一定難度，對設計實驗方案的能力要求高．