應用等量替代法測定燈泡的額定功率

環 晴

(江蘇省南京外國語學校，江蘇 南京 210008)

測定燈泡額定功率的實驗是中考物理考查的熱點，實驗所應用的基本方法是伏安法，電路圖如圖1所示，其原理是P=UI。若缺少電流表或電壓表，在已知額定電壓或額定電流的情況下，應該如何設計電路？等量替代法是實驗設計的重要方法，缺電流表就利用等量替代法測電流，缺電壓表就利用等量替代法測電壓，也可以滲透高中物理的電表改裝方法。

圖1

圖2

現將各種情形歸納為以下三類，實驗的第一步都是通過調節滑動變阻器使燈泡正常發光，而燈泡正常發光的依據是燈泡兩端的電壓達到其額定電壓，或是通過燈泡的電流達到其額定電流，然后再測量另一物理量。

1 無電流表時，等量替代測電流

如圖2所示，當無電流表時，增加一個阻值已知的定值電阻R0，R0與燈泡串聯，R0中的電流可以等量替代燈泡中的電流，電壓表與R0并聯相當于一個電流表。

(1) 已知燈泡的額定電壓U額

(2) 已知燈泡的額定電流I額

閉合開關S，調節滑動變阻器，使電壓表V2的示數為I額R0，說明R0中的電流即燈泡中的電流為I額，燈泡正常發光，讀出此時電壓表V1的示數為U1，則P額=U1I額。

若只有一個電壓表，那該如何在圖2的基礎上進行調整呢？設計思路就是利用多個開關的斷開、閉合，分別測出燈泡、R0兩端的電壓或燈泡和R0兩端的總電壓，電路設計如表1。

表1

2 無電壓表時，等量替代測電壓

圖3

如圖3所示，當無電壓表時，增加一個阻值已知的定值電阻R0，利用燈泡與R0并聯，R0兩端的電壓可以等量替代燈泡兩端的電壓，電流表與R0串聯相當于一個電壓表。

(1) 已知燈泡的額定電壓U額

(2) 已知燈泡的額定電流I額

閉合開關S，調節滑動變阻器，使電流表A1的示數為I額，此時燈泡正常發光，讀出電流表A2的示數為I2，則R0兩端的電壓即燈泡兩端的電壓為I2R0，P額=I2R0I額。

若只有一個電流表,那該如何在圖3的基礎上進行調整呢？同樣是利用多個開關的斷開、閉合，先后分別測燈泡、R0中的電流或燈泡和R0的總電流，電路設計如表2。

表2

3 利用電阻箱等量替代測電阻

如圖4、5所示，利用電阻箱等量替代燈泡，可測出燈泡正常發光時的電阻。

圖4

圖5

近幾年南京中考物理都考查了該實驗的特殊測量方法，每年的情境不同，但萬變不離其宗。在平時的教學中建議學生能進行實驗操作，通過學生的自主活動來學習其中的等量替代方法，實際體驗各種方案的可行性。