深究“特殊方法”測燈泡的額定功率

冷建軍

(湖北省大冶市教研室 435100)

《測量小燈泡的電功率》是初中的一個重要實驗之一，也是中考的一個重要考點之一，尤其是特殊方法測小燈泡的額定功率更是中考一個難點，現(xiàn)就這一問題深究一番：

正常測量燈泡額定功率的電路圖如右圖1所示(已知燈泡的額定電壓U額)，既有電壓表，也有電流表.實驗步驟一般為：閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，觀察電壓表示數(shù)，使電壓表示數(shù)等于燈泡的額定電壓(燈泡正常),記錄電流表示數(shù)，通過計算得出結果.

無論什么條件，本實驗的原理一般是:P額=U額I額.步聚一般是：由于燈泡的電阻受溫度影響，所以第一步必須先通過移動滑動變阻器使燈泡正常發(fā)光，而判斷燈泡正常發(fā)光有兩項措施，即燈泡兩端電壓達到其額定電壓(U額)或通過燈泡的電流達到燈泡的額定電流(I額)；第二步前提條件——保證燈泡繼續(xù)正常發(fā)光，再通過移動滑動變阻器或操作開關，間接或直接測出另一物理量；第三步根據(jù)已知量(U額或I額)和題目給出的條件(如定值電阻的阻值R0)和測量的相關物理量推出燈泡額定功率的表達式.

一、測滑法

條件：既有電壓表，也有電流表，但電壓表無法直接測量燈泡兩端電壓(即電壓表不能直接接在燈泡兩端).

例1 一學生在測標有“3.8V”的小燈泡的額定功率時，電源由三節(jié)干電池串聯(lián)組成.實驗時發(fā)現(xiàn)電壓表0—15V的量程壞了，但0—3V的量程完好無損，在不換用其他器材的情況下，你還能完成該實驗嗎？如果能，請你畫出你設計的電路圖，并寫出簡要的操作步驟.

解析電源由三節(jié)干電池串聯(lián)組成，所以電源電壓為4.5V，燈泡正常時兩端電壓為3.8V，則燈泡正常時，根據(jù)串聯(lián)分壓的道理，滑動變阻器兩端電壓應為0.7V，電路設計如圖2.閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，觀察電壓表示數(shù)，使它等于0.7V，再記錄此時電流表的示數(shù)為I額.值得注意的是：本操作過程，實驗前滑動變阻器不能調到最大值，否則有可能超過0-3V的量程.

表達式：P額=U額I額或P額=3.8V×I額

二、伏阻法

條件：已知燈泡的額定電壓，給兩個電壓表，沒有電流表，增加一個已知阻值的定值電阻(即要想法子間接測出燈泡的額定電流).

例2 已知燈泡的額定電壓(U額)，沒有電流表，在正常測量功率的基礎上增加一個電壓表和一個已知阻值為R0的定值電阻，根據(jù)提供的器材，測量燈泡的額定功率.

解析已知燈泡的額定電壓，可以直接把一電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，通過調節(jié)滑動變阻器就可以直接判斷燈泡正常發(fā)光.已知阻值的電阻R0和另一個電壓表，根據(jù)歐姆定律測出通過R0的電流，把燈泡與電阻R0串聯(lián)起來，則通過燈泡和電阻R0的電流相等，這樣，就間接測出了通過燈泡的額定電流.如圖3所示.

操作步驟：閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，觀察電壓表V1示數(shù)，使它等于燈泡的額定電壓，再記錄此時電壓表V2的示數(shù)為U2.

拓展在圖3的設計方案基礎上，改變電壓V2的測量對象，也可以測量燈泡的額定功率，設計電路如圖4所示.

操作步驟：閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，觀察電壓表V1示數(shù)，使它等于燈泡的額定電壓，再記錄此時電壓表V2的示數(shù)為U2.

條件：已知燈泡的額定電壓，給一個電壓表，沒有電流表，增加一個已知阻值的定值電阻和多個開關或單刀雙擲開關.

例3 燈泡的額定電壓為U額，提供一個電壓表、三個開關和一個已知阻值為R0的定值電阻.請設計一個電路測出燈泡的額定功率，要求寫出實驗步驟和燈泡額定功率的表達式.

解析電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，來判斷燈泡是否正常發(fā)光.再根據(jù)歐姆定律間接測出燈泡正常發(fā)光時通過的電流.設計電路如圖5所示.

操作步驟：閉合開關S1和S3，斷開S2，調節(jié)滑動變阻器，觀察電壓表示數(shù)，使它等于燈泡的額定電壓(U額)；保持滑片位置不動，閉合開關S2和S3，斷開S1，記錄此時電壓表的示數(shù)為U2.

條件：已知燈泡的額定電流，給一個電壓表，沒有電流表，增加一個已知阻值的定值電阻和多個開關或單刀雙擲開關.

例4 燈泡的額定電流為I額，提供一個電壓表、三個開關和一個已知阻值為R0的定值電阻.請設計一個電路測出燈泡的額定功率，并寫出實驗步驟和燈泡額定功率的表達式.

解析利用歐姆定律測算出電阻的電流等于燈泡的額定電流，即燈泡應與電阻串聯(lián).設計電路如圖7所示.

操作步驟：閉合開關S1和S3，斷開S2，調節(jié)滑動變阻器，觀察電壓表示數(shù)，使它等于I額與R0的乘積，即此時燈泡正常發(fā)光；保持滑片位置不動，閉合開關S2和S3，斷開S1，記錄此時電壓表的示數(shù)為U2.

表達式：P額=(U2-I額R0)I額

拓展同理，也可以用單刀雙擲開關來進行上面的操作，如圖8所示，操作步驟和表達式在此就不談了.

三、安阻法

條件：已知燈泡的額定電壓，給兩個電流表，沒有電壓表，增加一個已知阻值的定值電阻.

電商的“場景思路”，需要首先建立起與消費者的情感及美感聯(lián)絡，往往在用戶享受卓越、體驗美感的場景過程中，為后續(xù)商業(yè)活動打下堅實的基礎。

例5 已知燈泡的額定電壓為U額，提供兩個電流表，沒有電壓表，增加一個已知阻值為R0的定值電阻.請設計一個電路測出燈泡的額定功率，并寫出實驗步驟和燈泡額定功率的表達式.

表達式：P額=U額I額

條件：已知燈泡的額定電壓，給一個電流表，三個開關，沒有電壓表，增加一個已知阻值的定值電阻.

例6 已知燈泡的額定電壓為U額，提供一個電流表，三個開關，沒有電壓表，增加一個已知阻值為R0的定值電阻.請設計一個電路測出燈泡的額定功率，并寫出實驗步驟和燈泡額定功率的表達式.

條件：已知燈泡的額定電流，給一個電流表，三個開關，沒有電壓表，增加一個已知阻值的定值電阻.

例7 已知燈泡的額定電流為I額，提供一個電流表，三個開關，沒有電壓表，增加一個已知阻值為R0的定值電阻.請設計一個電路測出燈泡的額定功率，并寫出實驗步驟和燈泡額定功率的表達式.

解析電流表與燈泡串聯(lián)起來很容易判斷正確發(fā)光.根據(jù)定值電阻R0和電流表來測算燈泡的額定電壓，設計時要注意，燈泡正常時，燈泡兩端的電壓要與電阻R0兩端的電壓相等，所以燈泡應該與電阻R0并聯(lián).設計電路如圖11所示.

操作步驟：閉合開關S1和S2，斷開S3，調節(jié)滑動變阻器，觀察電流表示數(shù)，使它等于I額，即此時燈泡正常發(fā)光；保持滑片位置不動，閉合開關S1和S3，斷開S2，記錄此時電流表的示數(shù)為I2(即為：燈泡正常發(fā)時與電阻R0的總電流).

表達式：P額=(I2-I額)R0I額

四、雙變法

條件：已知燈泡的額定電壓，給一個電壓表，三個開關，沒有電流表，增加一個電阻箱.

例8 已知燈泡的額定電壓為U額，提供一個電壓表，三個開關，沒有電流表，增加一個電阻箱.請設計一個電路測出燈泡的額定功率，并寫出實驗步驟和燈泡額定功率的表達式.

解析可以直接用電壓表來判斷燈泡是否正常發(fā)光，即把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端.采取等效法，用電阻箱接入電路的阻值與燈泡正常發(fā)光時的阻值相等.設計電路如圖12所示.

操作步驟：閉合開關S1和S2，斷開開關S3，調節(jié)滑動變阻器R2，觀察電壓表示數(shù)，使它等于U額，即此時燈泡正常發(fā)光；保持滑動變阻器R2滑片位置不動，閉合開關S1和S3，斷開S2，調節(jié)電阻箱R1，使電壓表的示數(shù)仍為U額，記錄此時電阻箱R1接入電路的阻值為R0.

條件：已知燈泡的額定電壓，給一個電壓表，三個開關，沒有電流表，增加一個已知最大阻值的滑動變阻器.

例9 已知燈泡的額定電壓為U額，提供一個電壓表，三個開關，沒有電流表，增加一個已知最大阻值為R0的滑動變阻器.請設計一個電路測出燈泡的額定功率，并寫出實驗步驟和燈泡額定功率的表達式.

解析如上面“例8”一樣，此題關鍵是測量燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器R1接入電路的阻值是多大？

保持燈泡正常發(fā)光時電壓表示數(shù)一樣，把此時滑動變阻器R1接入的阻值與滑動變阻器R2串聯(lián)關系，結合電壓表和R2的最大阻值R0，通過移動滑動變阻器R2接入電路阻值的兩個極值(最大值和最小值)，測算出滑動變阻器R1接入的阻值.設計電路如圖13所示.