測(cè)量小燈泡額定功率的方法總結(jié)及拓展

韓鴻倉

分類號(hào)G633.7

摘要：測(cè)量小燈泡的額定功率是初中電學(xué)學(xué)習(xí)必須掌握的技能。對(duì)教材中“伏安法”測(cè)量小燈泡額定功率這一實(shí)驗(yàn)的考察，一直是中考的熱點(diǎn)話題。此外，對(duì)“伏安法”測(cè)功率實(shí)驗(yàn)的拓展變型，更是考察學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、靈活運(yùn)用知識(shí)能力的重要方式。本文從“伏安法”測(cè)量小燈泡額定功率這一實(shí)驗(yàn)方法講起，總結(jié)出測(cè)量額定功率的關(guān)鍵點(diǎn)。進(jìn)而總結(jié)了在小燈泡額定電壓已知和額定電流已知兩種條件下測(cè)量小燈泡額定功率的特殊方法，對(duì)不同方法的電路原理進(jìn)行了剖析。最后圍繞著小燈泡額定功率測(cè)量這一熱門考點(diǎn)，提出了幾點(diǎn)思考。

關(guān)鍵詞：額定功率測(cè)量 歐姆定律 方法總結(jié)

在初中電學(xué)學(xué)習(xí)中，小燈泡額定功率測(cè)量問題是最常見的一類題型。這一板塊涉及物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求的諸多電學(xué)知識(shí)點(diǎn)，例如歐姆定律、串并聯(lián)電路規(guī)律、電壓表電流表的使用[1]。由于其考察的知識(shí)點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)，經(jīng)常作為實(shí)驗(yàn)大題在中考中出現(xiàn)。下面就測(cè)量小燈泡額定功率的方法進(jìn)行分類總結(jié)，并對(duì)其中的電路原理進(jìn)行剖析與拓展。

一、測(cè)量小燈泡額定功率的常規(guī)方法—“伏安法”

1、電路圖

2、步驟

第一步：閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使得小燈泡達(dá)到額定狀態(tài)。

第二步：記下此時(shí)電壓表讀數(shù)U0和電流表讀數(shù)I0，斷開開關(guān)S。

3、額定功率表達(dá)式P=U0I0

4、所謂“伏安法”，即通過滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電路的阻值，使得小燈泡達(dá)到額定狀態(tài)。進(jìn)而得到小燈泡的額定電壓和額定電流?；赑=UI這一實(shí)驗(yàn)原理，得到小燈泡的額定功率。但有時(shí)候，我們由于測(cè)量元器件的制約或其他原因，很難直接測(cè)量出小燈泡的額定電壓和額定電流。這時(shí)候，就需要采取一些間接的方式測(cè)出額定電壓或額定電流來。下文便是對(duì)測(cè)量小燈泡額定功率特殊方法的歸納總結(jié)。

二、測(cè)量小燈泡額定功率（小燈泡額定電壓U0已知）的特殊方法

1、伏阻法（定值電阻）

（1）電路圖

（2）步驟

第一步：S1斷開，閉合S2，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使電壓表的示數(shù)為U0。

第二步：保持滑片P不動(dòng)，斷開S2，再閉合S1，記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U，斷開S1。

（3）額定功率表達(dá)式

（4）思路分析：小燈泡和定值電阻串聯(lián)。S1斷開，S2閉合時(shí)電壓表測(cè)量的是小燈泡兩端的電壓。S2斷開，S1閉合時(shí)電壓表測(cè)量的是小燈泡和定值電阻串聯(lián)后兩端的總電壓。利用串聯(lián)電路電流規(guī)律，通過小燈泡的電流即為通過定值電阻的電流，為，即小燈泡額定功率為。

2、伏阻法（電阻箱）

（1）電路圖

（2）步驟

第一步：S2斷開，閉合S1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使電壓表的示數(shù)為U0。

第二步：保持滑片P不動(dòng)，斷開S1，再閉合S2，調(diào)節(jié)電阻箱使電壓表的示數(shù)仍為U0，記下此時(shí)電阻箱阻值R，斷開S2。

（3）額定功率表達(dá)式

（4）思路分析：S2斷開，S1閉合時(shí)小燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)量的是小燈泡兩端的電壓。S1斷開，S2閉合時(shí)電阻箱和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)量的是電阻箱兩端的電壓。利用等效電阻的性質(zhì)和串聯(lián)電路分壓規(guī)律，電壓表先后兩次測(cè)得的電壓相同時(shí)，說明小燈泡的阻值等于電阻箱阻值R，即小燈泡額定功率為。

3、安阻法（定值電阻）

（1）電路圖

（2）步驟

第一步：S2斷開，閉合S1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使電流表的示數(shù)為U0/R。

第二步：保持滑片P不動(dòng)，斷開S1，再閉合S2，記下此時(shí)電流表的示數(shù)I，斷開S2。

（3）額定功率表達(dá)式

（4）思路分析：小燈泡和定值電阻并聯(lián)，二者兩端的電壓相等。S2斷開，S1閉合時(shí)電流表測(cè)量的是通過定值電阻的電流。S2斷開，S1閉合時(shí)電流表測(cè)量的是小燈泡和定值電阻并聯(lián)后的干路總電流。利用并聯(lián)電路分流規(guī)律，通過小燈泡的電流即為干路的總電流減去定值電阻所在支路的電流，為，即小燈泡額定功率為。

三、測(cè)量小燈泡額定功率（小燈泡額定電流I0已知）的特殊方法

1、伏阻法（定值電阻）

（1）電路圖

（2）步驟

第一步：S1斷開，閉合S2，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使電壓表的示數(shù)為I0R。

第二步：保持滑片P不動(dòng)，斷開S2，再閉合S1，記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U，斷開S1。

（3）額定功率表達(dá)式

（4）思路分析：小燈泡和定值電阻串聯(lián)，通過兩者的電流相等。S1斷開，S2閉合時(shí)電壓表測(cè)量的是定值電阻兩端的電壓。S2斷開，S1閉合時(shí)電壓表測(cè)量的是小燈泡和定值電阻串聯(lián)后兩端的總電壓。利用串聯(lián)電路分壓規(guī)律，小燈泡兩端的電壓即為小燈泡和定值電阻串聯(lián)的總電壓減去定值電阻兩端的電壓，為，即小燈泡額定功率為。

安阻法（定值電阻）

（1）電路圖

（2）步驟

第一步：S2斷開，閉合S1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使電流表的示數(shù)為I0。

第二步：保持滑片P不動(dòng)，斷開S1，再閉合S2，記下此時(shí)電流表的示數(shù)I，斷開S2。

（3）額定功率表達(dá)式

（4）思路分析：燈泡和定值電阻并聯(lián)。S2斷開，S1閉合時(shí)電流表測(cè)量的是通過小燈泡的電流。S2斷開，S1閉合時(shí)電流表測(cè)量的是小燈泡和定值電阻并聯(lián)后的干路總電流。利用并聯(lián)電路分流規(guī)律，通過定值電阻的電流即為干路的總電流減去小燈泡所在支路的電流，為。再利用并聯(lián)電路電壓規(guī)律，小燈泡兩端的電壓等于定值電阻兩端的電壓，為，即小燈泡額定功率為。

3、安阻法（電阻箱）

（1）電路圖

（2）步驟

第一步：S2斷開，閉合S1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，使電流表的示數(shù)為I0。

第二步：保持滑片P不動(dòng)，斷開S1，再閉合S2，調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的示數(shù)仍為I0，記下此時(shí)電阻箱的阻值R，斷開S2。

（3）額定功率表達(dá)式

（4）思路分析：S2斷開，S1閉合時(shí)小燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電流表測(cè)量的是通過小燈泡的電流。S1斷開，S2閉合時(shí)電阻箱和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電流表測(cè)量的是通過電阻箱的電流。利用等效電阻和電源電壓不變的性質(zhì)，電流表先后兩次測(cè)得的電流相同時(shí)，說明小燈泡的阻值等于電阻箱阻值R，即小燈泡額定功率為。

四、測(cè)量小燈泡額定功率的幾點(diǎn)思考

1、電路接通后，小燈泡可能處在非額定狀態(tài)下，所以必須調(diào)節(jié)小燈泡兩端的電壓和通過其的電流，使其達(dá)到額定狀態(tài)。因此，在小燈泡功率測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，具有阻值調(diào)節(jié)功能的滑動(dòng)變阻器（或電阻箱）是不可或缺的元器件。同時(shí)，滑動(dòng)變阻器一般會(huì)連接在干路上，起到直接調(diào)節(jié)電路總阻值的作用。這一知識(shí)點(diǎn)可以應(yīng)用在實(shí)物電路連接題型中。

2、無論采取何種實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)原理始終為P=UI。不過小燈泡的額定電壓U與額定電流I有時(shí)候很難直接測(cè)定，需要通過其他方式間接測(cè)量出來。

3、測(cè)量小燈泡額定功率的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)步驟有兩點(diǎn)。一是小燈泡額定狀態(tài)的達(dá)到，調(diào)節(jié)電路阻值使小燈泡兩端的電壓為額定電壓（小燈泡額定電壓已知），或者使通過小燈泡的電流為額定電流（小燈泡額定電流已知）。二是小燈泡額定參數(shù)的測(cè)定。若不能利用電流表直接測(cè)出額定電流或者不能利用電壓表直接測(cè)出額定電壓，便需要運(yùn)用串并聯(lián)電路的電流電壓規(guī)律，或者開關(guān)的斷開、閉合引起電路結(jié)構(gòu)的改變，間接求出額定電流或額定電壓，進(jìn)行等效電路的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

（陜西省扶風(fēng)縣黃堆初級(jí)中學(xué) 陜西寶雞 722200）