Question

（2011?佛山）曉強(qiáng)同學(xué)想用伏安法測(cè)定額定電壓為U₀的定值電阻元件的額定功率．請(qǐng)你幫他完成以下工作：
（1）本實(shí)驗(yàn)的原理是

P=UI

．
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理請(qǐng)你在框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
（3）曉強(qiáng)同學(xué)按設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)電路圖把相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材連接好，閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)電路有故障，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是電流表（或電壓表）壞了．請(qǐng)你在不增加實(shí)驗(yàn)器材的前提下，任選一種情況測(cè)定元件的額定功率．要求畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，簡(jiǎn)述主要實(shí)驗(yàn)步驟并寫出額定功率表達(dá)式．（已知滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R₀）

Answer 1

分析：（1）伏安法測(cè)量定值電阻額定功率的原理是P=UI．
（2）用伏安法測(cè)定值電阻的額定功率：電壓表與電阻并聯(lián)測(cè)量電阻兩端的電壓，電流表與電阻串聯(lián)測(cè)量通過電阻的電流，串聯(lián)接入滑動(dòng)變阻器（一上一下）起保護(hù)作用和定值電阻以及開關(guān)一個(gè)，設(shè)計(jì)出電路圖．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，要測(cè)定值電阻的額定功率，只要測(cè)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(jù)串聯(lián)電路各處的電流相等或并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等，設(shè)計(jì)出電路圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

解答：解：（1）伏安法測(cè)量定值電阻額定功率的原理是P=UI．
（2）畫電路圖時(shí)，電壓表與電阻并聯(lián)，電流表與電阻串聯(lián)，串聯(lián)接入滑動(dòng)變阻器（一上一下）起保護(hù)作用和定值電阻以及開關(guān)一個(gè)，如右圖所示．
（3）第一種情況：假設(shè)電流表壞了，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路如右圖所示．
方案一：實(shí)驗(yàn)步驟
①按電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，將滑片P移至最右端（或阻值最大）處，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)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(shù)為U₂．
則所測(cè)額定功率表選式：P_額=

U 2 0 (U2-U1)

U1R0

方案二：實(shí)驗(yàn)步驟
①按電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，將滑片P移至滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)處，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)為U_中
②再將滑片P移至最左端（或阻值最�。┨�，讀出電壓表的示數(shù)為U_左；
則所測(cè)額定功率表達(dá)式：P_額=

2 U 2 0 (U左-U中)

U中R0

方案三：實(shí)驗(yàn)步驟
①按電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，將滑片P移至滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)處，閉合開關(guān)．讀出電壓表的示數(shù)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(shù)為U_右．
則所涮額定功率表達(dá)式：P_額=

2 U 2 0 (U中-U右)

(2U右-U中)R0

第二種情況：假設(shè)電壓表壞了，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路如右圖所示．
方案一：實(shí)驗(yàn)步驟
①按電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，將滑片P移至最右端（或阻值最大）處，閉合開關(guān)，讀出電流表的示數(shù)為I₁
②再將滑片P移至最左端 （或阻值最�。┨帲�讀出電壓表的示數(shù)為I₂
則所測(cè)額定功率表選式：P_額=

U 2 0 (I2-I1)

I1R0

方案二：實(shí)驗(yàn)步驟
①按電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，將滑片P移至滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)處，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)為I_中
②再將滑片P移至最左端（或阻值最�。┨�，讀出電壓表的示數(shù)為I_左．
則所測(cè)額定功率表達(dá)式：P_額=

2 U 2 0 (I左-I中)

I中R0

方案三：實(shí)驗(yàn)步驟
①按電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，將滑片P移至滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)處，閉合開關(guān)．讀出電壓表的示數(shù)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(shù)為I_右．
則所測(cè)額定功率表達(dá)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(shí)驗(yàn)電路圖如上圖所示；（3）如上所述．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了伏安法側(cè)電功率的實(shí)驗(yàn)原理和電路圖的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是會(huì)根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)，在無電流表或電壓表的情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法．