測量小燈泡額定功率的方法總結及拓展

韓鴻倉

分類號G633.7

摘要：測量小燈泡的額定功率是初中電學學習必須掌握的技能。對教材中“伏安法”測量小燈泡額定功率這一實驗的考察，一直是中考的熱點話題。此外，對“伏安法”測功率實驗的拓展變型，更是考察學生實驗設計能力、靈活運用知識能力的重要方式。本文從“伏安法”測量小燈泡額定功率這一實驗方法講起，總結出測量額定功率的關鍵點。進而總結了在小燈泡額定電壓已知和額定電流已知兩種條件下測量小燈泡額定功率的特殊方法，對不同方法的電路原理進行了剖析。最后圍繞著小燈泡額定功率測量這一熱門考點，提出了幾點思考。

關鍵詞：額定功率測量 歐姆定律 方法總結

在初中電學學習中，小燈泡額定功率測量問題是最常見的一類題型。這一板塊涉及物理課程標準要求的諸多電學知識點，例如歐姆定律、串并聯電路規律、電壓表電流表的使用[1]。由于其考察的知識點多，綜合性強，經常作為實驗大題在中考中出現。下面就測量小燈泡額定功率的方法進行分類總結，并對其中的電路原理進行剖析與拓展。

一、測量小燈泡額定功率的常規方法—“伏安法”

1、電路圖

2、步驟

第一步：閉合開關S，移動滑動變阻器滑片P，使得小燈泡達到額定狀態。

第二步：記下此時電壓表讀數U0和電流表讀數I0，斷開開關S。

3、額定功率表達式P=U0I0

4、所謂“伏安法”，即通過滑動變阻器調節電路的阻值，使得小燈泡達到額定狀態。進而得到小燈泡的額定電壓和額定電流。基于P=UI這一實驗原理，得到小燈泡的額定功率。但有時候，我們由于測量元器件的制約或其他原因，很難直接測量出小燈泡的額定電壓和額定電流。這時候，就需要采取一些間接的方式測出額定電壓或額定電流來。下文便是對測量小燈泡額定功率特殊方法的歸納總結。

二、測量小燈泡額定功率（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，移動滑動變阻器滑片P，使電壓表的示數為U0。

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

（3）額定功率表達式

（4）思路分析：小燈泡和定值電阻串聯。S1斷開，S2閉合時電壓表測量的是小燈泡兩端的電壓。S2斷開，S1閉合時電壓表測量的是小燈泡和定值電阻串聯后兩端的總電壓。利用串聯電路電流規律，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，移動滑動變阻器滑片P，使電壓表的示數為U0。

第二步：保持滑片P不動，斷開S1，再閉合S2，調節電阻箱使電壓表的示數仍為U0，記下此時電阻箱阻值R，斷開S2。

（3）額定功率表達式

（4）思路分析：S2斷開，S1閉合時小燈泡和滑動變阻器串聯，電壓表測量的是小燈泡兩端的電壓。S1斷開，S2閉合時電阻箱和滑動變阻器串聯，電壓表測量的是電阻箱兩端的電壓。利用等效電阻的性質和串聯電路分壓規律，電壓表先后兩次測得的電壓相同時，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，移動滑動變阻器滑片P，使電流表的示數為U0/R。

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

（3）額定功率表達式

（4）思路分析：小燈泡和定值電阻并聯，二者兩端的電壓相等。S2斷開，S1閉合時電流表測量的是通過定值電阻的電流。S2斷開，S1閉合時電流表測量的是小燈泡和定值電阻并聯后的干路總電流。利用并聯電路分流規律，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，移動滑動變阻器滑片P，使電壓表的示數為I0R。

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

（3）額定功率表達式

（4）思路分析：小燈泡和定值電阻串聯，通過兩者的電流相等。S1斷開，S2閉合時電壓表測量的是定值電阻兩端的電壓。S2斷開，S1閉合時電壓表測量的是小燈泡和定值電阻串聯后兩端的總電壓。利用串聯電路分壓規律，小燈泡兩端的電壓即為小燈泡和定值電阻串聯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，移動滑動變阻器滑片P，使電流表的示數為I0。

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

（3）額定功率表達式

（4）思路分析：燈泡和定值電阻并聯。S2斷開，S1閉合時電流表測量的是通過小燈泡的電流。S2斷開，S1閉合時電流表測量的是小燈泡和定值電阻并聯后的干路總電流。利用并聯電路分流規律，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。再利用并聯電路電壓規律，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，移動滑動變阻器滑片P，使電流表的示數為I0。

第二步：保持滑片P不動，斷開S1，再閉合S2，調節電阻箱使電流表的示數仍為I0，記下此時電阻箱的阻值R，斷開S2。

（3）額定功率表達式

（4）思路分析：S2斷開，S1閉合時小燈泡和滑動變阻器串聯，電流表測量的是通過小燈泡的電流。S1斷開，S2閉合時電阻箱和滑動變阻器串聯，電流表測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，電流表先后兩次測得的電流相同時，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、測量小燈泡額定功率的幾點思考

1、電路接通后，小燈泡可能處在非額定狀態下，所以必須調節小燈泡兩端的電壓和通過其的電流，使其達到額定狀態。因此，在小燈泡功率測量實驗中，具有阻值調節功能的滑動變阻器（或電阻箱）是不可或缺的元器件。同時，滑動變阻器一般會連接在干路上，起到直接調節電路總阻值的作用。這一知識點可以應用在實物電路連接題型中。

2、無論采取何種實驗方法，實驗原理始終為P=UI。不過小燈泡的額定電壓U與額定電流I有時候很難直接測定，需要通過其他方式間接測量出來。

3、測量小燈泡額定功率的關鍵實驗步驟有兩點。一是小燈泡額定狀態的達到，調節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的測定。若不能利用電流表直接測出額定電流或者不能利用電壓表直接測出額定電壓，便需要運用串并聯電路的電流電壓規律，或者開關的斷開、閉合引起電路結構的改變，間接求出額定電流或額定電壓，進行等效電路的設計。

參考文獻：

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

（陜西省扶風縣黃堆初級中學 陜西寶雞 722200）