Question

12．小明利用電壓表和電阻箱，測量額定電壓為2.5V的小燈泡L正常發光時的電功率P_L．他選擇了滿足實驗要求的實驗器材，并連接了部分實驗電路，如圖所示．
（1）請只添加兩條導線完成圖26所示的實驗電路的連接；
（2）請把小明的實驗步驟補充完整：
①斷開開關S₂、閉合開關S₁、S₃，移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表示數為2.5V；
②斷開開關S₃、閉合開關S₁、S₂，保持滑片位置不變，調節電阻箱接入電路的阻值R₀，使電壓表的示數仍然為2.5V，記錄實驗數據；
（3）請用已知量和測量量表示出P_L．P_L=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）因沒有電流表，如果能測量出燈正常發光的時的電阻R₀，根據P=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{0}}$即可測量出燈的額定電功率．
首先將電壓表并聯在燈的兩端，通過移動滑動變阻器的滑片，使燈正常發光；然后通過開關的轉換，在滑片位置不動的情況下，使電壓表測電阻箱的電壓，通過調節變阻箱的旋鈕使電壓表示數不變，根據等效替代法，電阻箱此時的阻值即為燈正常發光的電阻大小．

解答 解：（1）根據上面的分析，將S₃與燈所在支路和S₂與電阻箱所在的支路最后一個元件的右接線柱連接起來后再與滑動變阻器串聯，實物圖的連接如下圖所示：

（2）請把小明的實驗步驟補充完整：
②斷開開關S₃、閉合開關S₁、S₂，保持滑片位置不變，調節電阻箱接入電路的阻值R₀，使電壓表的示數仍然為
2.5V，記錄實驗數據；
（3）因變阻器連入電路中的阻值大小不變，電壓表示數保持不變，根據等效替代法，此時電阻箱的阻值R₀與燈正常發光的電阻大小相等，所以燈的額定功率的表達式P=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{0}}=\frac{{（2.5V）}^{2}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）②保持滑片位置不變；
（3）$\frac{{（2.5V）}^{2}}{{R}_{0}}$．

點評 本題主要考查在沒有電流表的情況下，設計實驗方案測電功率的能力，解題 的關鍵是明確等效替代法的在題目中的具體運用，難度較大．