Question

（2011?佛山）曉強同學想用伏安法測定額定電壓為U₀的定值電阻元件的額定功率．請你幫他完成以下工作：
（1）本實驗的原理是

P=UI

．
（2）根據實驗原理請你在框內畫出實驗電路圖．
（3）曉強同學按設計好的實驗電路圖把相關的實驗器材連接好，閉合開關后發現電路有故障，經檢查發現是電流表（或電壓表）壞了．請你在不增加實驗器材的前提下，任選一種情況測定元件的額定功率．要求畫出實驗電路圖，簡述主要實驗步驟并寫出額定功率表達式．（已知滑動變阻器的最大阻值為R₀）

Answer 1

分析：（1）伏安法測量定值電阻額定功率的原理是P=UI．
（2）用伏安法測定值電阻的額定功率：電壓表與電阻并聯測量電阻兩端的電壓，電流表與電阻串聯測量通過電阻的電流，串聯接入滑動變阻器（一上一下）起保護作用和定值電阻以及開關一個，設計出電路圖．
（3）根據實驗原理可知，要測定值電阻的額定功率，只要測出定值電阻兩端的電壓和通過的電流即可；若電流表（或電壓表）壞了，可根據串聯電路各處的電流相等或并聯電路各支路兩端的電壓相等，設計出電路圖進行實驗．

解答：解：（1）伏安法測量定值電阻額定功率的原理是P=UI．
（2）畫電路圖時，電壓表與電阻并聯，電流表與電阻串聯，串聯接入滑動變阻器（一上一下）起保護作用和定值電阻以及開關一個，如右圖所示．
（3）第一種情況：假設電流表壞了，設計實驗電路如右圖所示．
方案一：實驗步驟
①按電路圖連接實驗電路，將滑片P移至最右端（或阻值最大）處，閉合開關，讀出電壓表的示數為U₁
②再將滑片P移至最左端 （或阻值最小）處，讀出電壓表的示數為U₂．
則所測額定功率表選式：P_額=

U 2 0 (U2-U1)

U1R0

方案二：實驗步驟
①按電路圖連接實驗電路，將滑片P移至滑動變阻器中點處，閉合開關，讀出電壓表的示數為U_中
②再將滑片P移至最左端（或阻值最小）處，讀出電壓表的示數為U_左；
則所測額定功率表達式：P_額=

2 U 2 0 (U左-U中)

U中R0

方案三：實驗步驟
①按電路圖連接實驗電路，將滑片P移至滑動變阻器中點處，閉合開關．讀出電壓表的示數為U_中；
②再將滑片P移至最右端（或阻值最大）處，讀出電壓表的示數為U_右．
則所涮額定功率表達式：P_額=

2 U 2 0 (U中-U右)

(2U右-U中)R0

第二種情況：假設電壓表壞了，設計實驗電路如右圖所示．
方案一：實驗步驟
①按電路圖連接實驗電路，將滑片P移至最右端（或阻值最大）處，閉合開關，讀出電流表的示數為I₁
②再將滑片P移至最左端 （或阻值最小）處，讀出電壓表的示數為I₂
則所測額定功率表選式：P_額=

U 2 0 (I2-I1)

I1R0

方案二：實驗步驟
①按電路圖連接實驗電路，將滑片P移至滑動變阻器中點處，閉合開關，讀出電壓表的示數為I_中
②再將滑片P移至最左端（或阻值最小）處，讀出電壓表的示數為I_左．
則所測額定功率表達式：P_額=

2 U 2 0 (I左-I中)

I中R0

方案三：實驗步驟
①按電路圖連接實驗電路，將滑片P移至滑動變阻器中點處，閉合開關．讀出電壓表的示數為I_中；
②再將滑片P移至最右端（或阻值最大）處，讀出電壓表的示數為I_右．
則所測額定功率表達式：P_額=

2 U 2 0 (I中-I右)

(2I右-I中)R0

故答案為：（1）P=UI；（2）實驗電路圖如上圖所示；（3）如上所述．

點評：本題考查了伏安法側電功率的實驗原理和電路圖的設計，關鍵是會根據串并聯電路的特點，在無電流表或電壓表的情況下設計實驗的方法．