Question

请利用一个电压未知的电源，两个电键（S₁和S₂），一个电流表，一个标有“20Ω 2A”字样的滑动变阻器和若干导线，测定标有“0.2A”字样、额定电压不清的小灯泡的额定功率．某同学经过思考，设计并且连接好一个电路．实验中他发现当小灯正常发光时，滑动变阻器的滑片位置正好在中点上，最后，该同学得出小灯泡的额定功率．（滑动变阻器最大阻值记为R，小灯泡额定电流记为I）
（1）请在右边虚线框内画出该同学做实验的电路图．
（2）简要写出该同学的实验步骤．（用字母表示出所测出的物理量）
（3）写出小灯泡额额定功率表达式为P=______（用所测物理量字母表示和R、I表示）．

Answer

从实验目的出发进行分析：要得到灯泡的额定功率，已知额定电流，需要知道额定电压；
要得到额定电压，首先需要知道电源电压；要得到电源电压，只要将滑动变阻器接入电路电阻最大（阻值已知），用电流表测出电路电流I1即可；
要得到额定电压，已知电源电压，需要知道灯泡正常发光时滑动变阻器两端电压；而正常发光时滑动变阻器两端电压等于滑动变阻器滑片在中点时接入电路电阻与此时电路的电流乘积．
答：
（1）实验电路图如下：

（2）实验步骤为：①将滑动变阻器滑片移到最大阻值R处，闭合开关S1，记下电流表的示数I1；
②断开开关S1，闭合开关S2，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为I2=0.2A，此时滑动变阻器接入电路电阻为R．
（3）由上得电源电压为U=I1R
当灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压为U′=I2×R=I2R
当灯泡正常发光时两端电压为U额=U-U′=I1R-I2R
所以灯泡的额定功率为P额=U额I额=（I1R-I2R）I2=（I1-I2）I2R．