Question

請利用一個電壓未知的電源，兩個電鍵（S₁和S₂），一個電流表，一個標有“20Ω 2A”字樣的滑動變阻器和若干導線，測定標有“0.2A”字樣、額定電壓不清的小燈泡的額定功率．某同學經(jīng)過思考，設計并且連接好一個電路．實驗中他發(fā)現(xiàn)當小燈正常發(fā)光時，滑動變阻器的滑片位置正好在中點上，最后，該同學得出小燈泡的額定功率．（滑動變阻器最大阻值記為R₀，小燈泡額定電流記為I₀）
（1）請在右邊虛線框內(nèi)畫出該同學做實驗的電路圖．
（2）簡要寫出該同學的實驗步驟．（用字母表示出所測出的物理量）
（3）寫出小燈泡額額定功率表達式為P=________（用所測物理量字母表示和R₀、I₀表示）．

Answer 1

答：
（1）實驗電路圖如下：

（2）實驗步驟為：①將滑動變阻器滑片移到最大阻值R₀處，閉合開關S₁，記下電流表的示數(shù)I₁；
②斷開開關S₁，閉合開關S₂，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為I₂=0.2A，此時滑動變阻器接入電路電阻為R₀．
（3）由上得電源電壓為U=I₁R₀
當燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端電壓為U′=I₂×R₀=I₂R₀
當燈泡正常發(fā)光時兩端電壓為U_額=U-U′=I₁R₀-I₂R₀
所以燈泡的額定功率為P_額=U_額I_額=（I₁R₀-I₂R₀）I₂=（I₁-I₂）I₂R₀．
分析：從實驗目的出發(fā)進行分析：要得到燈泡的額定功率，已知額定電流，需要知道額定電壓；
要得到額定電壓，首先需要知道電源電壓；要得到電源電壓，只要將滑動變阻器接入電路電阻最大（阻值已知），用電流表測出電路電流I₁即可；
要得到額定電壓，已知電源電壓，需要知道燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器兩端電壓；而正常發(fā)光時滑動變阻器兩端電壓等于滑動變阻器滑片在中點時接入電路電阻與此時電路的電流乘積．
點評：解答此類問題，找準突破口是關鍵．此題中有電流表，可以測量需要的任一位置、任何次數(shù)的電流；滑動變阻器已知最大阻值，隱含的意思是可以當做一個定值電阻；利用滑動變阻器和電流表得到電源電壓，是解決此題的關鍵．