Question

19．測定小燈泡額定功率的實驗中（所用燈泡的額定電壓U₀=3.8V），小強小組設計了另一種實驗方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）．具體步驟如下：
①按如圖所示的電路圖連接好電路； 
②開關S拔到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數I₁；
③開關S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數I₂，先算出燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請你用所測的物理量表示），再根據P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，計算燈泡的額定功率．
他們按此方案測量，發現實驗結果與真實值相差較大，原因是燈泡電阻隨溫度的變化而變化．仔細分析后，他們認為要準確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為開關S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數I₁．

Answer 1

分析 （1）根據電路圖連接實物圖時，應根據電路路徑一條一條支路連接且要注意一一對應；
（2）根據開關S撥到位置1和開關S撥到位置2時，電路中三個電阻的連接方式沒有發生改變，由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，由③得燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據歐姆定律可求燈泡電阻；
（3）燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發光時的阻值不相等，所以根據P₀=$\frac{{U}_{0}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大；為準確測出燈泡功率，只需在步驟②中進行如下操作即可：開關S拔到位置1，移動滑片P直到燈泡正常發光為止，讀出電流表示數I₁．

解答 解：
（1）按照電路圖，將燈泡的左邊接線柱與開關中間的接線柱相連、電流表的負接線柱與開關的位置1相連，如圖所示：

（2）由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，而開關S由位置1撥到位置2時，電路中三個電阻的連接方式沒有發生改變，
所以此時燈泡兩端電壓仍然為I₁R，
因為L與R并聯，
所以由③得燈泡電流I_L=I₂-I₁，
由歐姆定律得燈泡電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
（3）因為燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發光時的阻值不相等，
所以根據P₀=$\frac{{U}_{0}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大；
要準確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：
開關S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數I₁．
故答案為：
①如圖所示；
③$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
燈泡電阻隨溫度的變化而變化；開關S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數I₁．

點評 此題實驗是測量燈泡的額定功率實驗，在沒有電壓表的情況下，通過并聯電路的特點來測量燈泡的額定功率，所以注意移動滑片使電阻兩端的電壓等于燈泡的額定電壓．