Question

3．学习了电功率后，小鑫同学想测量一只标有“3V”的小灯泡的额定功率，但他发现实验室里没有电压表，他找了如下器材：电流表、电池组、滑动变阻器、已知阻值的定值电阻R₀、开关、导线若干，顺利测出了小灯泡的额定功率．请你补充小鑫的设计思路．
（1）实验电路图如图：
（2）写出实验步骤并用字母表时所测的物理量：
①闭合开关S、S₁，移动滑动变阻器，使电流表的示数为$\frac{3V}{{R}_{0}}$．
②打开开关S₁，闭合开关S₂、S，读出此时电流表的示数为I．
（3）写出被测小灯泡额定功率的表达式：P_L=3V×（I-I_R）．

Answer 1

分析 测量灯泡的额定功率，当定值电阻两端电压为灯泡额定电压时，通过计算求得通过定值电阻的电流．因此可以采用已知电阻与灯泡并联，再与滑动变阻器串联的连接方式，已知电阻两端电压，求得已知电阻的电流，然后通过调节滑动变阻器使电流表的示数为灯泡正常发光时通过电阻的电流，再断开电路干路电流或测出通过灯泡的额定电流．

解答 解：实验步骤：
①闭合开关S、S₁，调节滑片的位置，使电流表的示数为I_R=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$=$\frac{3V}{{R}_{0}}$，小灯泡正常发光．
②不改变滑片的位置，打开开关S₁，闭合开关S₂，读出此时电流表的示数为I．
由于灯泡与定值电阻R并联，则灯泡的额定电流为I_额=I-I_R，
灯泡的额定功率为P_L=U_额I_额=U_额（I-I_R）．
故答案为：（2）①S、S₁，$\frac{3V}{{R}_{0}}$；②S₁；S₂、S．
（3）P_L=3V×（I-I_R）．

点评 本题考查了运用串联电路的电流特点测小灯泡的额定功率．注意要调节滑动变阻器使灯的电压达到额定电压后，再去测量定值电阻两端的电压，才能求得灯的额定功率．
所以，没有电流表，设计已知电阻与灯泡串联，间接测量灯泡的额定电流．没有电压表，设计已知电阻与灯泡并联，间接测量灯泡的额定电压．以上两种情况的前提是：用滑动变阻器调节滑片使灯泡正常工作．