伏安法测小灯泡电功率实验题分析和解决方法

张 庆

(江苏省南京市江宁区铜井初级中学 210018)

实验题：伏安法测小灯泡电功率，如图1.

图1

1.表达式：P=UI

2.如果知道小灯泡的额定电压，看着电压表调节滑动变阻器；如果知道小灯泡的额定电流，就应该看着电流表调节滑动变阻器.

一、缺少电流表

1.完成上述实验后，老师请同学们思考：如果电流表坏了，再增加一个开关和阻值为R0的定值电阻，还能测出小灯泡的额定功率吗？下面是同学们设计的四个电路如图2，你认为可行的是____.(已知小灯泡的额定电压)

图2

分析测量小灯泡电功率，首先要把电压调到额电电压，再测此时的通过小灯泡的电流，而电流的测量要通过定值电阻测量，所以电阻和小灯泡要串联.并且需要测量电阻两端电压.所以电压表需要能先测量灯泡的电压，通过开关变化直接或间接测定值电阻电压.所以B图正确.

2.完成上述实验后，老师请同学们思考：如果电流表坏了，再增加一个开关和阻值为R0的定值电阻，还能测出小灯泡的额定功率吗？下面是同学们设计的四个电路，你认为可行的是____.(已知小灯泡的额电电流)

分析测量小灯泡电功率，首先要使通过小灯泡的电流为额定电流，再测此时电泡两端的电压，而调节电流需要通过定值电阻两端电压表来调节，所以电阻和小灯泡要串联.所以电压表需要能接在电阻两端，通过开关变化直接或间接测量此时小灯泡两端电压.所以A图正确.

例1老师又拿来一个额定电流为I额的小灯泡.为测得小灯泡的额定功率，小明设计了图3所示电路，电源电压未知、电阻的阻值R0已知.请你将实验步骤补充完整.

图3

①只闭合开关S1，将滑动变阻器的滑片移至最左端.读出电压表V1的示数为U1；

②只闭合开关S2，再次调节滑片，直到电压表V2的示数为____，此时小灯泡正常发光，电压表V1的示数为U2；

③小灯泡额定功率的表达式是P额=____.

分析步骤(1)为了测量电源电压，所以为U1电源电压,步骤(2)为了使灯泡正常发光，电路中电流为I额R′，此时电压表V2的示数为U1-I额,此时电压表V1的示数为U2，灯泡两端电压为U1-U2.所以步骤(3)里P额=(U1-U2)I额.

总结本题需要确定流过灯泡的电流为额定电流，关键在于如何通过电压表来确定.

二、缺少电压表

1.小华利用图4所示的电路测出了小灯泡L2的额定功率.请在虚线框内补上小灯泡、电流表和定值电阻R(阻值已知)这三个元件的符号，使电路完整，实验操作方便.(已知小灯泡的额定电压)

图4

分析测量小灯泡电功率，首先要把灯泡两端电压调到额定电压，再测此时的通过电泡的电流，而灯泡两端电压的调节要通过流过定值电阻的电流来确认，所以电阻和小灯泡要并联.电流表需要能先流过电阻的电流，通过开关变化直接或间接测量此时流过灯泡的电流.所以左上为定值电阻，左下为灯泡，右上为电流表.

2.小华利用图4所示的电路测出了小灯泡L2的额定功率.请在虚线框内补上小灯泡、电流表和定值电阻R(阻值已知)这三个元件的符号，使电路完整，实验操作方便.(已知小灯泡的额定电流)

分析测量小灯泡电功率，首先要把通过灯泡的电流调到额定电流，电阻和小灯泡要并联才能再通过测量此时的通过定值电阻的电流，从而计算出灯泡的额定电压，所以电流表需要先测量流过灯泡的电流，再通过开关变化直接或间接测量流过定值电阻的电流.所以左上为灯泡，左下为定值电阻，右上为电流表.

三、拓展

小华设计了如图4所示的电路也完成了该实验，请完成下列填空(电源电压不变，R1和R2为滑动变阻器，R2的最大电阻为R0).①只闭合开关____，调节R2，使电压表的示数为2.5V;②只闭合开关____，调节____使电压表的示数仍为2.5V.③接着将R2的滑片P调至最左端，记下电压表____的示数为U1；再将R2的滑片P调至最右端，记下电压表的示数为U1.则小灯泡额定功率的表达式P额=____(用U额、R0、Ul、U2表示).

分析本题利用滑动变阻器来替代小灯泡正常发光时的电阻，所以先调节滑动变阻器R2使灯泡正常发光，记下电压表示数，再调节使电压表示数和之前一样，不再调节R1，通过R2的左右变化，测出R1的阻值，利用P=U2/R1，即可算出.

例2在“测量小灯泡的功率”实验中，小灯泡的额定电压为2.5V.如图5所示.(1)如图5甲是小明测量小灯泡额定功率的实物电路图(不完整).请用笔画线代替导线将实物电路图连接完整.(2)闭合开关前，图甲中滑动变阻器的滑片P应位于____(选填“A”或“B”)端.(3)连接好电路后，闭合开关，小明发现移动滑动变阻器滑片P，小灯泡不发光，电压表示数为零.进一步观察并检查电路，发现电压表、电流表、导线及其连接均完好.针对电路中出现的小灯泡不发光的故障现象，他提出了如下猜想：①小灯泡短路；②小灯泡灯丝断了；③滑动变阻器断路.根据故障现象，猜想____(填序号，下同)是错误的.如果观察到电流有示数，则猜想____是正确的.(4)排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置，电压表示数如图5乙所示，此时应将滑片P向____(选填“A”或“B”)端移动到合适位置，读出电流表示数，即可算出小灯泡的额定功率.

图5

(5)小华打算增加一个阻值为10Ω的电阻R0，只利用一只电表，通过简单操作(开关S接“a”、“b”各一次)来测量小灯泡的额定功率.图5丙、丁是好设计的两种不同方案的电路图.则以下判断正确的是 ____(填字母).

A.两种方案都能 B.两种方案都不能

C.丙方案能，丁方案不能 D.丙方案不能，丁方案能

本题第(5)小题考查我们是否灵活掌握了以上分类情况，根据题中所给为小灯泡的额定电压，对于丙图我们首先要通过调节滑动变阻器使定值电阻为电压为2.5V.但开关调到b端灯泡两端电压会变化，所以不可以测量小灯泡额定功率，但在本题的基础上可以修改，就可以测出小灯泡额定功率.而丁图由于电压表没有直接接在灯泡两端，无法根据电压表示数确定灯泡正常发光，所以也不可以测出额定功率，如果电阻和灯泡位置对调，就可以了.

可见中考题就是在以上题型中变化，只要我们弄清本质，分清情况，在中考就可以灵活应对.