測(cè)量燈泡電阻和電功率的幾種特殊方法

測(cè)量小燈泡或者定值電阻的電阻值和電功率是初中物理電學(xué)中的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，也是一個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn)。教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案用的是一個(gè)電壓表和一個(gè)電流表，加上一個(gè)滑動(dòng)變阻器。這種方法就是我們經(jīng)常用到的伏安法。其基本原理和實(shí)驗(yàn)步驟不再贅述。我給同學(xué)們介紹的是其它四種特殊方法：

　　方法一：給你電池組，已知阻值的定值電阻R1，待測(cè)未知電阻Rx，電流表和單刀雙擲開關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干．用以上器材測(cè)出Rx的最佳電路和方法是什么？

　　1、實(shí)驗(yàn)電路圖如1所示：

　　2、實(shí)驗(yàn)方法是將S撥到①的位置讀出示數(shù)為I1；將S撥到②的位置讀出示數(shù)為I2；根據(jù)電壓為電源電壓，兩次都相同。即：

　　；

　　∴

　　方法二：將上面的題中電流表換成電壓表，再測(cè)電阻Rx的值。

　　1、實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示：

　　2、實(shí)驗(yàn)方法是將上撥到①的位置，可測(cè)出R1上的電壓U1；將S撥到②的位置，可測(cè)出Rx和R1的總電壓U。根據(jù)電流相同，

　　∵，I=

　　∴

　　∴

　　方法三：將方法二中的單刀雙擲開關(guān)換成一個(gè)單刀單擲開關(guān)，再將定值電阻R1換成一個(gè)滑動(dòng)變阻器，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格已知，用R′表示．再測(cè)Rx的阻值。

　　1、實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3所示：

　　2、實(shí)驗(yàn)方法是將滑片P滑到a點(diǎn)時(shí)可測(cè)出Rx上的電壓U1；將滑片P滑到b點(diǎn)時(shí)可測(cè)出Rx和R′上的電壓U2。根據(jù)Rx和R′串聯(lián)：

　　；I=

　　∴

　　可解得

　　方法四：將方法三中的電壓表換成電流表，再測(cè)Rx的值。

　　1、實(shí)驗(yàn)電路圖如圖4所示：

　　2、實(shí)驗(yàn)方法是閉合S，將滑片P滑到a點(diǎn)，可測(cè)Rx的電流I1；再滑到b端測(cè)Rx和R′的電流I2．又由于電源電壓是固定不變的。所以，U=I1Rx；

　　可解得

　　以上幾種方法，中考試題也常常出現(xiàn)，請(qǐng)大家認(rèn)真對(duì)待。

　　下面列舉幾個(gè)實(shí)例幫助同學(xué)們分析一下：

　　【例題1】（2007年河北省中考物理試題）小明想利用以下提供的器材測(cè)量?jī)芍恍襞莸碾姽β剩ㄐ襞莸念~定電壓分別為2．5V、3．8V，阻值均約為10Ω）。所提供的器材分別有：電流表、電壓表、單刀雙擲開關(guān)和電源（電壓約為6V）各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器（“10Ω 2A”、“50Ω 1A”）兩個(gè)，導(dǎo)線若干條。

　　單刀雙擲開關(guān)的符號(hào)是，當(dāng)?shù)栋獾缴线厱r(shí)，a、b兩接線柱連通；刀扳到下邊時(shí)，a、c兩接線柱連通。

　　（1）請(qǐng)按下面的要求在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。（要求：①設(shè)計(jì)一個(gè)電路，只能通過開關(guān)改變電路的連接，完成兩只小燈泡電功率的測(cè)量；②用一個(gè)滑動(dòng)變阻器。）

　　（2）請(qǐng)你幫助小明在下面畫出記錄一只小燈泡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格。

　　（3）小明按符合設(shè)計(jì)要求的電路圖正確連接電路后，將單刀分別擲于b、c兩點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)小燈泡發(fā)光過亮，不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了完成實(shí)驗(yàn)，他應(yīng)該：

　　???????????????????????????????????????????????????????????? ????。

　　（4）小明改正錯(cuò)誤后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)，畫出了通過額定電壓為2．5V小燈泡的電流隨其兩端電壓變化關(guān)系曲線，如圖5所示。則這只小燈泡的額定功率是?????????? W。

　　（5）由圖5可知，通過小燈泡的電流與它兩端的電壓不成正比，其原因是：?????????? ????????????????????????。

　　【參考答案】

　　（1）電路圖如圖6所示。

　　（2）表格設(shè)計(jì)如下：

　　（3）換用最大阻值為50Ω的滑動(dòng)變阻器。

　　（4）0．625

　　（5）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大。

　　【分析】該題突破常規(guī)的測(cè)量電功率和電阻的方法，要求用單刀雙擲開關(guān)，這樣可以很方便地改變電路的連接方式，同時(shí)也要求同學(xué)們根據(jù)題目的條件選取不同規(guī)格的滑動(dòng)變阻器，可以考查大家利用電學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的綜合能力。

　　【例題2】(2007年蘇州市物理中考試題)小王在參加物理課外興趣小組活動(dòng)時(shí)，老師提供了如圖7所示的電路，電源電壓未知但保持不變，R0為阻值已知的定值電阻。要求小王在不拆開電路的情況下，只用一只量程滿足實(shí)驗(yàn)要求的電流表和若干導(dǎo)線估測(cè)未知電阻RX的值。小王感到有些畏難，請(qǐng)你開動(dòng)腦筋，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)幫助小王解決這個(gè)問題。

　　(1)你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)的主要步驟及所要測(cè)出的量是：

　　(2)根據(jù)你的實(shí)驗(yàn)，得出的RX為_______(用測(cè)出量和已知量表示)。

　　【參考答案】（1）用導(dǎo)線將電流表與Rx并聯(lián)，測(cè)得電流為I1，用導(dǎo)線將電流表與RO并聯(lián)，測(cè)得電流為I2。

　　（2）根據(jù)歐姆定律和電源電壓一定可以推導(dǎo)出RX=ROI1/I2。

　　【分析】按照常規(guī)的方法，電流表應(yīng)該串聯(lián)在電路中，電壓表才能并聯(lián)在用電器的兩端，而此題目卻把電流表分別并聯(lián)在兩個(gè)電阻上，當(dāng)它Rx與并聯(lián)時(shí)，有意造成Rx 短路，此時(shí)只有RO 連入電路，所以電壓U=I1RO，同理U=I2RX，單表測(cè)量電阻，方法很妙！