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中学物理实验中，让交流电和直流电分别通过同一个灯泡，如果两次灯泡发光的亮度相同，说明灯泡在相同的时间内产生的热量相同，则直流电的数值就是交流电的有效值。用示波器测出灯泡两端的交流电压的最大值和直流电压值，并计算出它们的比值，从而确定交流电最大值与有效值的关系。在中学物理实验室中进行这个实验有两个难点：一是交流电和直流电通过灯泡亮度相同的判定；有的书中介绍用肉眼判定灯泡分别在交流、直流工作时灯泡亮度是否相同，判断随意性很大，准确判定非常难。第二个难点是用学生示波器测量。测量时偏转灵敏度为每小方格50 mV，通过Y衰减4个挡位变换，横轴上下各4个小方格，测量电压最大值分别为正负200mV、2V、20V和200V。现在要测3.5 V、4.5V电压，怎么读数？如用衰减×10的2 V挡，超过量程，用衰减×100的20V挡，偏转不够一个小格，读数很困难，误差很大。
我校在开发学生课外实验“用示波器测定交流电最大值和有效值关系”中是这样解决以上两个问题的。
图1
关于判定灯泡亮度相同的问题，我们采用了光敏电阻。为了证明用光敏电阻进行实验的可行性，我们进行了下面测试。把12V、21W的灯泡和型号CL5616的光敏电阻相距2 cm处固定，装置如图1所示。灯泡接到有可调直流稳压输出的J1202高中学生电源上，用数字电压表测量灯泡的工作电压。光敏电阻与数字表欧姆挡连接。为了避免室内光线对实验的影响，用不透光的黑盒子把灯泡和光敏电阻罩起来，制成实验用灯箱。我们知道，光敏电阻的阻值和照射光的强弱有关，而灯泡的亮度又和工作电压有关。为了实验方便，我们绕开灯泡的亮度，直接建立光敏电阻的阻值和灯泡工作电压的关系。实验中灯泡两端电压从零逐渐增大到12 V，灯泡的亮度不断增大，这时光敏电阻的阻值不断减小。实验测出灯泡两端电压U与光敏电阻的阻值及对应关系见如表1。
表1
画出的灯丝电压与光敏电阻的阻值关系如图2。
图2
如果灯泡和光敏电阻距离改变，或灯泡和光敏电阻的型号改变，测量的数据会有所改变。但光敏电阻的电阻值与入射光强度的对应关系不会改变。
由此得出结论：光敏电阻的阻值和光敏电阻上入射光的强度，入射光的强度和灯泡的亮度，灯泡的亮度与灯泡的工作电压，都有着一一对应的关系。分别用交流电和直流电点亮灯泡，只要光敏电阻的阻值相同，就说明灯泡的亮度相同，交流电压值与直流电压值即等效。
从图像看出，灯泡两端电压从2.5 V到5 V这一区间内，光敏电阻变化较大；灯泡两端电压从8 V到12V这一范围内，光敏电阻的阻值基本上不变化。这就决定了实验中灯泡两端电压在2.5 V到5V这一范围比较好。
图3
为了解决示波器测量的读数问题，我们特地增加了示波器的外加衰减电路。衰减的倍率分别为×1、×2、×4和×5。衰减电路就是两个电阻串联构成的分压电路，如图3所示。3组衰减电阻的具体阻值见表2。问题是表中给出的
和
的比值和衰减倍率不相等，这是因为示波器也有电阻，是和示波器内电阻并联的。这个外加衰减器只对J2459学生示波器适用，如改用其他示波器，则必须重新计算。
表2
注：学生示波器测量时偏转灵敏度为每小方格50mV，现增加了外加衰减电路后，偏转灵敏度可增大为每小格100 mV（衰减倍率为×2挡）、每小格200mV（衰减倍率为×4挡）、每小格250 mV（衰减倍率为×5挡）。
外加衰减具体电路如图4（见右上）所示。图中
和
是双刀四掷开关。整个电路组装在一个小盒子里，如图5（见右上）。
接入外加衰减器后示波器的总衰减倍率是示波器衰减倍率与外加衰减器倍率的乘积。例如，示波器衰减旋扭指在×10位置，外加衰减器处在×4挡，则总衰减倍率为40。如果扫描线由水平中心向上偏转1.2个格，电压读数为1.2×50 mV×40=2.4 V。
图4
图5
Y衰减拨到×10挡，测量电压通过外加衰减电路后，外加衰减器开关分别扳到×1、×2、×4和×5挡，扫描线偏4个格，示波器测量最大电压就分别是2V、4V、8V和10V。这就能比较准确地测出实验电压。
具体实验电路见图6。实验时可先确定直流电压的大小，最好取较整的数值，如2.5 V、3 V、3.5 V和4V等，最大不要超过6V。
图6
例如第一组测试数据直流电压取2.5 V。调整示波器，衰减旋扭旋到×10挡，Y增益旋扭顺时针旋到底调到最大，交直流选择开关扳到DC处，调节Y位移旋扭，使扫描线位于屏幕中心线上。外加衰减电路扳到×2位置。实验电路中选择开关S扳到直流位置。调节滑动变阻器，注意观察示波器，当扫描线位于2.5个小格时停止，这时灯泡两端电压为直流2.5V.读出欧姆表的示数为140kΩ。
把开关S扳到交流位置，示波器交直流开关扳到AC位置，扫描范围旋到×100。调节滑动变阻器，当欧姆表示数也是140kΩ时，说明交流工作下灯泡的亮度与直流2.5V时灯泡的亮度相同。调节示波器扫描微调，在屏幕上出现稳定的正弦波形。可看到波峰到横轴的距离是3.6个格，交流电压的最大值是3.6V。根据上面测量可计算出交流电的最大值与有效值的比值为
。
测量电压时要根据测量电压的大小，改变附加衰减器的衰减倍率。实验时应多测几组数据，计算出平均值。
实验中要注意的几个问题。
(1)光敏电阻的阻值和照射光的强度有关，同时也和温度有一定关系。为了减小温度对实验的影响，制作灯箱时要在灯箱上开几个不透光的散热孔。由于实验中灯泡工作电压低，灯泡温度不太高，可把温度对实验的影响降低到很小。
(2)用示波器测量交流电压时，会发现交流电波形有点失真。其原因是实际的用电环境中，有大量的非线性负载，如空调、冰箱、电脑的开关电源以及日光灯等，这些用电器能在供电电路中产生电磁干扰，使正弦交流电的波形产生失真，但这对实验影响不大。
(3)用示波器测量电压，有效数字一般是两位，因此计算时保留两位有效数字即可。