Question

现有以下器材：一个电源（电压恒定），一个电阻箱，一个小灯泡，一个电压表，一个滑动变阻器，一个单刀双掷开关，导线若干．
（1）根据以上器材，设计测量小灯泡额定功率的电路图．
（2）写出操作步骤以及所测量的物理量（已知额定电压为U．）．
（3）写出额定功率P_额的表达式．

Answer

（1）平时在测量电功率时，用电压表和电流表测出电压和电流，根据公式P=UI计算出电功率；
（2）而本题中没有电流表，但给出可以得知阻值的电阻箱，根据测电功率的原理P=UI，要想计算出小灯泡的额定功率，利用电压表测量灯泡两端的电压，要想求出电路中的电流，需要知道已知电阻两端的电压，利用单刀双掷开关以及电压表测出定值电阻两端的电压，然后根据欧姆定律计算出通过灯泡中的电流便可；
（3）同时也可用等效替代法，用双掷开关，分别将电阻箱和灯泡与滑动变阻器相连，滑动变阻器的阻值不变，使两次情况下变阻箱和灯泡两端的电压相等，则电阻箱的电阻等于灯泡的电阻，计算出通过电阻箱的电流，则等于小灯泡的额定电流，根据电功率的公式计算出小灯泡的额定功率．
【解析】
方法一：
（1）：需将定值电阻、灯泡以及滑动变阻器串联起来，单刀双掷开关控制电压表测量灯泡两端电压和定值电阻和灯泡两端的总电压，如图所示
；
（2）步骤：1、将单刀双掷开关拨到“2”，调节滑动变阻器P使读数为U1；
2、将开关拨到“1”位置，读出电压表的示数为U；
3、计算出小灯泡的电功率．
（3）电路中的电流I=，则P额=U1I=；
方法二：
（1）将电阻箱与小灯泡并联接在电路中，电压表与它们并联，用双掷开关控制其与滑动变阻器的连接，如图所示：

（2）①按电路图连接好电路，S解a时调节滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数为U；
②保持P的位置不变，将S移到b处，调节电阻箱使电压表的示数仍为U，记下电阻箱的阻值R；
③算出小灯泡的电功率．
（3）由上知，小灯泡的额定电流为：I=，则额定功率P额=UI=．