Question

晓强同学想用伏安法测定额定电压为U₀的定值电阻元件的额定功率．请你帮他完成以下工作：
（1）本实验的原理是________．
（2）根据实验原理请你在框内画出实验电路图．
（3）晓强同学按设计好的实验电路图把相关的实验器材连接好，闭合开关后发现电路有故障，经检查发现是电流表（或电压表）坏了．请你在不增加实验器材的前提下，任选一种情况测定元件的额定功率．要求画出实验电路图，简述主要实验步骤并写出额定功率表达式．（已知滑动变阻器的最大阻值为R₀）

Answer 1

解：（1）伏安法测量定值电阻额定功率的原理是P=UI．
（2）画电路图时，电压表与电阻并联，电流表与电阻串联，串连接入滑动变阻器（一上一下）起保护作用和定值电阻以及开关一个，如右图所示．
（3）第一种情况：假设电流表坏了，设计实验电路如右图所示．
方案一：实验步骤
①按电路图连接实验电路，将滑片P移至最右端（或阻值最大）处，闭合开关，读出电压表的示数为U₁
②再将滑片P移至最左端 （或阻值最小）处，读出电压表的示数为U₂．
则所测额定功率表选式：P_额=
方案二：实验步骤
①按电路图连接实验电路，将滑片P移至滑动变阻器中点处，闭合开关，读出电压表的示数为U_中
②再将滑片P移至最左端（或阻值最小）处，读出电压表的示数为U_左；
则所测额定功率表达式：P_额=
方案三：实验步骤
①按电路图连接实验电路，将滑片P移至滑动变阻器中点处，闭合开关．读出电压表的示数为U_中；
②再将滑片P移至最右端（或阻值最大）处，读出电压表的示数为U_右．
则所涮额定功率表达式：P_额=
第二种情况：假设电压表坏了，设计实验电路如右图所示．
方案一：实验步骤
①按电路图连接实验电路，将滑片P移至最右端（或阻值最大）处，闭合开关，读出电流表的示数为I₁
②再将滑片P移至最左端 （或阻值最小）处，读出电压表的示数为I₂
则所测额定功率表选式：P_额=
方案二：实验步骤
①按电路图连接实验电路，将滑片P移至滑动变阻器中点处，闭合开关，读出电压表的示数为I_中
②再将滑片P移至最左端（或阻值最小）处，读出电压表的示数为I_左．
则所测额定功率表达式：P_额=
方案三：实验步骤
①按电路图连接实验电路，将滑片P移至滑动变阻器中点处，闭合开关．读出电压表的示数为I_中；
②再将滑片P移至最右端（或阻值最大）处，读出电压表的示数为I_右．
则所测额定功率表达式：P_额=
故答案为：（1）P=UI；（2）实验电路图如上图所示；（3）如上所述．
分析：（1）伏安法测量定值电阻额定功率的原理是P=UI．
（2）用伏安法测定值电阻的额定功率：电压表与电阻并联测量电阻两端的电压，电流表与电阻串联测量通过电阻的电流，串连接入滑动变阻器（一上一下）起保护作用和定值电阻以及开关一个，设计出电路图．
（3）根据实验原理可知，要测定值电阻的额定功率，只要测出定值电阻两端的电压和通过的电流即可；若电流表（或电压表）坏了，可根据串联电路各处的电流相等或并联电路各支路两端的电压相等，设计出电路图进行实验．
点评：本题考查了伏安法侧电功率的实验原理和电路图的设计，关键是会根据串并联电路的特点，在无电流表或电压表的情况下设计实验的方法．