題目：在做“測(cè)定小燈泡功率”的實(shí)驗(yàn)中，所用電源的電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V。在測(cè)定小燈泡的額定功率時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所用的電壓表的0~15V量程擋壞了，而0~3V量程擋完好，實(shí)驗(yàn)所用的其他器材也都完好。在不更換實(shí)驗(yàn)器材的條件下，請(qǐng)你想法測(cè)出該小燈泡的額定功率。請(qǐng)畫(huà)出你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖，并簡(jiǎn)要說(shuō)明判斷小燈泡是否正常發(fā)光的方法和理由。

輔導(dǎo)資料中答案為如下：將電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表讀數(shù)為2.2V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光。由于電源電壓是6V，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的關(guān)系，小燈泡兩端電壓為U_L=6V-2.2V=3.8V，正好等于額定電壓。測(cè)出此時(shí)電路中的電流I，即可求出小燈泡的額定功率P=3.8V×I，電路圖如圖1所示。

筆者認(rèn)為，本題提供的參考答案存在不足之處。在測(cè)電功率的電路中，滑動(dòng)變阻器的首要作用是保護(hù)整個(gè)電路，避免電流表、小燈泡、電壓表等器件的損壞。所以，在開(kāi)關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器連入的阻值都要最大，這已成了初中電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)很重要的一步；第二作用是滑動(dòng)變阻器移動(dòng)滑片，調(diào)節(jié)電流或電壓，直至燈泡正常發(fā)光。由于題目中沒(méi)有告訴燈泡電阻R_L和滑動(dòng)變阻器最大阻值R的大小和關(guān)系，開(kāi)關(guān)閉合前滑動(dòng)變阻器又處于最大阻值，如果R_L小于R，根據(jù)串聯(lián)電路中電壓的分配跟電阻成正比，則滑動(dòng)變阻器兩端電壓在開(kāi)關(guān)剛閉合時(shí)會(huì)超過(guò)3V，就將會(huì)使并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端的電壓表再次損壞。可見(jiàn)，上面的實(shí)驗(yàn)方案是不完善的。因?yàn)樗鼪](méi)有考慮到電壓表再次損壞的可能性。

在此，作如下討論，并給出正確解決方案：（設(shè)燈泡電阻為R_L，滑動(dòng)變阻器最大阻值為R）

1．當(dāng)R≤R_L時(shí)，由串聯(lián)電路中電壓的分配跟電阻成正比可知，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓不會(huì)超過(guò)3V，在電壓表0~3V擋范圍內(nèi)，則不會(huì)損壞電壓表。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)電壓表直接與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)即可。本題一些輔導(dǎo)資料提供的參考答案正是適合這一種情況。

2．當(dāng)R＞R_L時(shí)，由串聯(lián)電路中電壓的分配跟電阻成正比可知，在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓超過(guò)3V，為了避免電壓表0~3V擋燒壞，可設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)步驟：（a）按如圖2連接電路，開(kāi)關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器滑片P放在最右端。閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P，使燈泡逐漸變亮，直至電壓表讀數(shù)剛好為3V；（b）此時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將電壓表改接到滑動(dòng)變阻器兩端，如圖3所示，再繼續(xù)向左調(diào)節(jié)滑片P，直到電壓表示數(shù)為2.2V為止，記錄此時(shí)電流表的示數(shù)I，此時(shí)小燈泡正常發(fā)光，額定功率P=3.8V×I。

本題由于沒(méi)有告訴燈泡電阻R_L和滑動(dòng)變阻器最大阻值R的大小，正確的設(shè)計(jì)方案應(yīng)以上面討論2的敘述為準(zhǔn)?？梢哉f(shuō)，本題是一道很好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，它能鍛煉學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生探究能力和學(xué)習(xí)興趣。在討論了此題的實(shí)驗(yàn)方案后，針對(duì)本題中的滑動(dòng)變阻器，我又設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)問(wèn)題給學(xué)生思考：若題目中R_L=18Ω，有四個(gè)最大阻值分別為10Ω，15Ω，20Ω，40Ω的滑動(dòng)變阻器，選哪一個(gè)最適宜呢？學(xué)生經(jīng)過(guò)討論發(fā)現(xiàn)，若選10Ω的滑動(dòng)變阻器，即使在最大阻值，也不能保護(hù)整個(gè)電路。若選20Ω或40Ω的滑動(dòng)變阻器，方案可行，但如討論2所說(shuō)，步驟復(fù)雜，稍有疏忽，就會(huì)損壞電壓表。而選15Ω的滑動(dòng)變阻器，正如討論1所說(shuō)，方案最簡(jiǎn)單。所以，選15Ω的滑動(dòng)變阻器則最適宜。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>