物理课上，老师让同学们测一个小灯泡的额定功率．已知小灯泡的额定电压为2.5V，额定功率约为1.5W．老师准备的器材有：一个蓄电池（电压约为6V），一块电流表（量程：0～0.6A，0～3A），

Question

物理课上，老师让同学们测一个小灯泡的额定功率．已知小灯泡的额定电压为2.5V，额定功率约为1.5W．老师准备的器材有：一个蓄电池（电压约为6V），一块电流表（量程：0～0.6A，0～3A），三个开关，若干导线．另外，老师还提供以下可供选择的器材：
A、定值电阻R₁（阻值：10Ω）；
B、定值电阻R₂（阻值：200Ω）；
C、滑动变阻器R_P1（铭牌：20Ω  1A）；
D、滑动变阻器R_P2（铭牌：50Ω  0.5A）；
请你帮助同学们设计一个实验方案，测出小灯泡的额定功率（电路不可重组、不能忽略温度对灯丝电阻的影响）．要求：

（1）为测出小灯泡的额定功率，除了选择蓄电池、电流表、开关及导线外，还应选择的实验器材有___；（填写器材前面的字母序号）
（2）请在虚线框内画出你所设计的实验电路图；
（3）根据你所设计的电路，写出主要实验步骤和需测量的物理量；
（4）写出额定功率P的数学表达式（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

（1）灯正常工作时的电流约为I_L=(PL)/(UL)=(1.5W)/(2.5V)=0.6A，电流表选用小量程；灯正常工作时的电阻
约为R_L=(UL)/(IL)=(2.5V)/(0.6A)=4.17Ω．当电流表示数为(2.5V)/(R)时，灯两端的电压一定为2.5V，灯一定正常发光，因电流表选用0-0.6A的量程，分度值为0.02A，若选用R₂，则这个支路电流大小为(2.5V)/(200Ω)，电流太小，电流表无法测量，所以只能选用R₁=10Ω的电阻，当移动滑片电流表示数为(2.5V)/(10Ω)=0.25A时，与R₁并联的灯两端的电压一定为2.5V，灯正常工作；
由题意，变阻器应分去U_滑=6V-2.5V=3.5V的电压，灯与定值电阻并联的电阻R_LR=(10Ω×4.17Ω)/(10Ω+4.17Ω)=2.94Ω，根据分压原理，(U滑)/(UL)=(R滑)/(RLP)，所以，变阻器连入电路中的阻值至少R_滑=(U滑)/(UL)×R_LP=4.12Ω，所以变阻器选用C；
所以，为测出小灯泡的额定功率，选择蓄电池、电流表、开关及导线外，还应选择的实验器材有 A、C；
（2）根据以上分析可画出符合要求的电路图：

（3）①如上图连接电路，只闭合S₁、S₂，移动变阻器的滑片，使电流表示数为0.25A；
②保持滑片的位置不动，断开S₂、闭合S₃，记下此时电流表的示数I；
（4）在②中，因电路的连接关系没有改变，用电器两端的电压没有改变，通过定值电阻的电流仍为0.25A，根据并联电路电流的特点，所以此时通过灯的电流I_L=I-0.25A，灯的额定电功率
P_L=U_L×I_L═2.5V×（I-0.25A）．
故答案为：（1）A、C；
（2）如上图所示；
（3）①如上图连接电路，只闭合S₁、S₂，移动变阻器的滑片，使电流表示数为0.25A；
②保持滑片的位置不动，断开S₂、闭合S₃，记下此时电流表的示数I；
（4）2.5V×（I-0.25A）．