应用等量替代法测定灯泡的额定功率

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测定灯泡额定功率的实验是中考物理考查的热点,实验所应用的基本方法是伏安法,电路图如图1所示,其原理是P=UI。若缺少电流表或电压表,在已知额定电压或额定电流的情况下,应该如何设计电路?等量替代法是实验设计的重要方法,缺电流表就利用等量替代法测电流,缺电压表就利用等量替代法测电压,也可以渗透高中物理的电表改装方法。

图1

图2

现将各种情形归纳为以下三类,实验的第一步都是通过调节滑动变阻器使灯泡正常发光,而灯泡正常发光的依据是灯泡两端的电压达到其额定电压,或是通过灯泡的电流达到其额定电流,然后再测量另一物理量。

1 无电流表时,等量替代测电流

如图2所示,当无电流表时,增加一个阻值已知的定值电阻R,R与灯泡串联,R中的电流可以等量替代灯泡中的电流,电压表与R并联相当于一个电流表。

(1) 已知灯泡的额定电压U额

闭合开关S,调节滑动变阻器,使电压表V1的示数为U额,读出此时电压表V2的示数为U2,则R中的电流即为灯泡中的电流,

(2) 已知灯泡的额定电流I额

闭合开关S,调节滑动变阻器,使电压表V2的示数为I额R,说明R中的电流即灯泡中的电流为I额,灯泡正常发光,读出此时电压表V1的示数为U1,则P额=U1I额。

若只有一个电压表,那该如何在图2的基础上进行调整呢?设计思路就是利用多个开关的断开、闭合,分别测出灯泡、R两端的电压或灯泡和R两端的总电压,电路设计如表1。

表1

2 无电压表时,等量替代测电压

图3

如图3所示,当无电压表时,增加一个阻值已知的定值电阻R,利用灯泡与R并联,R两端的电压可以等量替代灯泡两端的电压,电流表与R串联相当于一个电压表。

(1) 已知灯泡的额定电压U额

闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表A2的示数为此时R两端的电压即灯泡两端的电压为U额,灯泡正常发光,读出此时电流表A1的示数为I1,则P额=U额I1。

(2) 已知灯泡的额定电流I额

闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表A1的示数为I额,此时灯泡正常发光,读出电流表A2的示数为I2,则R两端的电压即灯泡两端的电压为I2R,P额=I2RI额。

若只有一个电流表,那该如何在图3的基础上进行调整呢?同样是利用多个开关的断开、闭合,先后分别测灯泡、R中的电流或灯泡和R的总电流,电路设计如表2。

表2

3 利用电阻箱等量替代测电阻

如图4、5所示,利用电阻箱等量替代灯泡,可测出灯泡正常发光时的电阻。

图4

图5

(1) 已知灯泡的额定电压U额,选择图4所示电路。先闭合S、S1,调节滑动变阻器,使电压表的示数为U额。再断开S1、闭合S2,调节电阻箱的阻值,使电压表的示数仍为U额,读出此时电阻箱的阻值R,即为灯泡正常发光时的电阻,则

(2) 已知灯泡的额定电流I额,选择图5所示电路。先闭合S、S1,调节滑动变阻器,使电流表的示数为I额。再断开S1、闭合S2,调节电阻箱的阻值,使电流表的示数仍为I额,读出此时电阻箱的阻值R,即为灯泡正常发光时的电阻,则

来源:ZAKER汽车

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