Question

如图所示在一次测定小灯泡额定功率的实验中，老师给出了下列器材：额定电压为U的小灯泡、电源（电压未知）、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一个电流表、一个单刀双掷开关和若干导线．实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化．
（1）小张同学设计的实验电路图如图所示，请你根据电路图用笔画线连接未完成的实物连线．
（2）写出用以上实验电路测定小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量（物理量用字母表示）；
（3）本实验中，小灯泡额定功率的表达式P=______．
（4）若在给出的器材中只将其中的一个电流表改为一个电压表，请你重新设计一个实验电路图，测量小灯泡的额定功率．

Answer 1

【答案】分析：（1）在连接实物图时需注意：滑动变阻器选择一上一下与电路图中接入的部分对应；
（2）测定了灯泡的功率是利用公式P=UI进行，开关在2时，R与L并联，电流表测总电流，开关在1时，电流表测通过R的电流，根据并联电路电流的规律可以求得通过灯泡的电流；
（3）根据测得物理量，结合P=UI列出；
（4）没有电流表，利用电压表和定值电阻，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出．
解答：解：（1）实物连线如图所示：

（2）因小灯泡的额定电压U已知，故通过电阻R的电流为I_R=，故还需要：
将S掷向接线柱1，调节滑动变阻器，使电流表读数；
保持滑动变阻器滑片不动，S掷向接线柱2，读出电流表读数I．
（3）由（2）得，通过小灯泡的电流为：I_L=I-I_R=I-，
小灯泡的功率为：P=UI=U（I-）；
（4）利用电压表和定值电阻，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出．
电路图如图所示

故答案为：（1）如上图所示；
（2）步骤为：第一步：计算当电阻R两端电压为U时的电流I_R=，
第二步：将S掷向接线柱1，调节滑动变阻器，使电流表读数，
第三步：保持滑动变阻器滑片不动，S掷向接线柱2，读出电流表读数I．
（3）U（I-）；
（4）如上图．
点评：本题主要考查学生对电学知识的综合应用，尤其是实验设计，这是重点也是难点，在设计实验时可参考一下：
①没有电压表，利用定值电阻和电流表以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成并联电路，找电压相等列等式求出；
②没有电流表，利用电压表和定值电阻以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出．