应用等量替代法测定灯泡的额定功率

环 晴

(江苏省南京外国语学校，江苏 南京 210008)

测定灯泡额定功率的实验是中考物理考查的热点，实验所应用的基本方法是伏安法，电路图如图1所示，其原理是P=UI。若缺少电流表或电压表，在已知额定电压或额定电流的情况下，应该如何设计电路？等量替代法是实验设计的重要方法，缺电流表就利用等量替代法测电流，缺电压表就利用等量替代法测电压，也可以渗透高中物理的电表改装方法。

图1

图2

现将各种情形归纳为以下三类，实验的第一步都是通过调节滑动变阻器使灯泡正常发光，而灯泡正常发光的依据是灯泡两端的电压达到其额定电压，或是通过灯泡的电流达到其额定电流，然后再测量另一物理量。

1 无电流表时，等量替代测电流

如图2所示，当无电流表时，增加一个阻值已知的定值电阻R0，R0与灯泡串联，R0中的电流可以等量替代灯泡中的电流，电压表与R0并联相当于一个电流表。

(1) 已知灯泡的额定电压U额

(2) 已知灯泡的额定电流I额

闭合开关S，调节滑动变阻器，使电压表V2的示数为I额R0，说明R0中的电流即灯泡中的电流为I额，灯泡正常发光，读出此时电压表V1的示数为U1，则P额=U1I额。

若只有一个电压表，那该如何在图2的基础上进行调整呢？设计思路就是利用多个开关的断开、闭合，分别测出灯泡、R0两端的电压或灯泡和R0两端的总电压，电路设计如表1。

表1

2 无电压表时，等量替代测电压

图3

如图3所示，当无电压表时，增加一个阻值已知的定值电阻R0，利用灯泡与R0并联，R0两端的电压可以等量替代灯泡两端的电压，电流表与R0串联相当于一个电压表。

(1) 已知灯泡的额定电压U额

(2) 已知灯泡的额定电流I额

闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表A1的示数为I额，此时灯泡正常发光，读出电流表A2的示数为I2，则R0两端的电压即灯泡两端的电压为I2R0，P额=I2R0I额。

若只有一个电流表,那该如何在图3的基础上进行调整呢？同样是利用多个开关的断开、闭合，先后分别测灯泡、R0中的电流或灯泡和R0的总电流，电路设计如表2。

表2

3 利用电阻箱等量替代测电阻

如图4、5所示，利用电阻箱等量替代灯泡，可测出灯泡正常发光时的电阻。

图4

图5

近几年南京中考物理都考查了该实验的特殊测量方法，每年的情境不同，但万变不离其宗。在平时的教学中建议学生能进行实验操作，通过学生的自主活动来学习其中的等量替代方法，实际体验各种方案的可行性。