物理实验中的特殊测量

刘丽

原题呈现

（2020·辽宁中考试卷第19题第4问）创新小组利用电压恒为6 V的电源、标有“50 Ω 1 A”的滑动变阻器R、阻值为5 Ω的定值电阻R1、多挡开关S0等器材设计了如图1所示的电路，测量额定电流为0.3 A的小灯泡的额定功率，请将实验过程补充完整：

①S0接2挡，调节滑片P，使电压表示数为______V，小灯泡正常发光;

②S0接3挡，保持滑片P位置不动，读出此时电压表示数为3 V;

③小灯泡的额定功率P 额=______W。

考点分析：本题考查了只用电压表和多挡位开关测量小灯泡的额定功率，借此考查电学的核心思维能力。考点包括电路简化、动态电路分析、找到两个发生变化电路的不变量、串联电路的规律、欧姆定律、电功率。

解析：（1）当S0接2挡，灯泡、滑动变阻器、R1串联，电压表测量R1电压，因此调节滑片P，电压表示数为1.5 V时电流为0.3 A，小灯泡正常发光;

②S0接3挡，滑动变阻器、R1串联，电压表示数（R1电压）为3 V时，滑動变阻器电压U 滑= U - U1 = 3V，R 滑= R1 = 5 Ω;

③回到S0 接2 挡，求得此时U′滑= 0.3 A × 5 Ω = 1.5 V，所以U 额= U - U′1 - U′滑= 6 V - 1.5 V -1.5 V = 3 V，P 额= U 额I 额= 3 V × 0.3 A = 0.9 W。

方法归纳：本题是典型的用特殊方法测量电功率，这类问题（也可能是测量灯泡或是导体的电阻）往往是近年中考试题的压轴题。基本解题思路是：

（1）无论测量电功率（P = UI）还是测量电阻（R = U/I）都需要知道该被测元件两端的电压和通过的电流，应首先确定只有什么表，以及能直接测量的物理量是什么，从而确定需要间接测量的物理量。

（2）仔细读题，或画出简图或完成某一步骤的设计。如果只有电压表代表可以直接测出其两端电压，下面需要解决的是怎样借助电压表以及电路的相关信息求出此时的电流;反之，如果只有电流表代表可以直接测出其电流，下面需要解决的是怎样借助电流表以及电路的相关信息求出此时其两端的电压。

（3）计算出电功率或电阻，或用所测得物理量写出表达式。

拓展训练

1.小明想利用一块电流表和阻值已知的电阻R0测量电阻Rx的阻值。小明选择了满足实验要求的电源、电流表，并连接了部分实验电路，如图2所示。

（1）请你添加一根导线帮助小明完成实验电路的连接。

（2）当开关S1闭合、S2断开时，电流表的示数为I1;当开关S1、S2都闭合时，电流表的示数为I2。请用I1、I2和R0表示Rx，Rx=______。

2.为测量额定电流为0.5 A小灯泡L1的额定功率，小明选用了一只电压表和一个“6 V 3 W”的小灯泡L2，设计了如图3甲所示的实验电路，其中电源电压恒为12 V，请完成下面实验步骤：

（1）如图3甲所示，图中a、b处虚线框内，分别为电压表或开关S2，则在a框内应是______;

（2）正确选择元件并连接电路后，闭合开关S、S1，断开开关S2，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为______V，此时小灯泡L1正常发光;

（3）______，读出电压表示数如图3乙所示，为V;

（4）则小灯泡L1的额定功率为______W。

参考答案：1.（1）如图4 （2）I2 - I1I1R0

2.（1）电压表（2）6 （3）闭合开关S、S2，断开S1，滑动变阻器滑片的位置不变4 （4）2