18.3 测量小灯泡的电功率（解析版）.docx

更多资料添加微信号：DEM2008 淘宝搜索店铺：优尖升教育 网址： 第十八章 电功率 18.3 测量小灯泡的电功率 一、学习目标 1．通过看书和讨论知道测电功率的原理、电路图； 2．会用电压表和电流表测量小灯泡的电功率； 3．通过实验认识到电灯的亮度取决于灯的实际电功率。 二、学习过程 一）、知识点梳理 典型探究 测量小灯泡的电功率及探究小灯泡的发光情况与小灯泡实际功率的关系。 设计目的 测量小灯泡的电功率及探究小灯泡的发光情况与小灯泡实际功率的关系 探究装置 探究方法 (1)按电路图连接实物电路,将滑动变阻器的滑片滑到 处 (2)检查无误后,闭合开关,移动滑片,使小灯泡在额定电压下发光,然后使小灯泡两端的电压约为额定电压的 倍,接下来使小灯泡两端的电压小于额定电压,每次都要观察小灯泡的亮度,并测出通过小灯泡的电流; （3）根据P=UI分别算出小灯泡的额定功率、电压为额定电压的1.2倍时的实际功率、电压低于额定电压时的实际功率 分析论证 滑动变阻器的作用：改变小灯泡两端的 探究结论 灯泡的亮度由 功率决定。灯泡的 功率越 ，灯泡越亮 【答案】最大 1.2 电压 保护电路 实际 实际 大 【考点补充】（1）连接电路时开关要断开；（2）电表量程的选择（已知灯泡规格的情况下根据灯泡额定电压或额定电流选择，未知灯泡规格时先试触）；（3）小灯泡的U-I图像是曲线的原因是灯丝的电阻随温度的升高而增大；（4）多次测量是为了测量小灯泡在不同电压下的实际功率；（5）额定功率是额定电压下求得的电功率，不能用求平均值的方法计算。 二）、例题 练习 例1．在“测量小灯泡的电功率”的实验中，实验室提供如下器材：电源（电压恒为6V）、电压表和电流表各一个、额定电压为2.5V的待测小灯泡L（电阻约为10Ω）、滑动变阻器两个（R甲：“10Ω 1A”；R乙：“50Ω 0.5A”）、开关S、导线若干； 实验次数 电压U/V 电流I/A 1 1.5 0.18 2 2.5 0.24 3 3.0 0.28 （1）该实验的原理是电功率P=______； （2）实验中，应选用的滑动变阻器是______（选填“R甲”或“R乙”）； （3）选用滑动变阻器后，请你根据以上器材设计一个测量小灯泡电功率的实验电路图，并画在虚线框内；______ （4）某小组在实验中记录了3组小灯泡的电流随电压变化的情况，如上表所示，完成实验后小组进一步求得该小灯泡正常发光时的电阻为______Ω（保留到小数点后一位）。 【答案】UI R乙 10.4 【解析】 （1） 该实验的原理是电功率 P=UI （2） 电源电压恒为6V，灯的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω，由欧姆定律，灯的额定电流约为 根据串联电路电压的规律及欧姆定律，灯正常发光时变阻器连入电路的电阻 实验中，应选用的滑动变阻器是R乙。 （3） 电压表与灯并联，测灯的电压，电流表串联在电路中测灯的电流，变阻器串联在电路中，如下所示： （4） 灯在额定电压下正常发光，由小灯泡的电流随电压变化的情况知，灯在额定电压下的电流为0.24A，由欧姆定律知，该小灯泡正常发光时的电阻为 练1.1．在测定“小灯泡电功率”的实验中，小明所在的实验小组用的电源电压为4.5V，小灯泡额定电压为2.5V、电阻约为10Ω。他们所设计的实验电路如图1所示； （1）请你用笔画线代替导线，将实物电路补充完整；（导线不能交叉）______； （2）小刚闭合开关后，小灯泡的灯丝突然被烧断，则电压表的示数______（选填“变大”“变小”或“不变”）；小组讨论后一致认为，闭合开关前，如图甲中滑动变阻器的滑片P应位于______（选填“A”或“B”）端； （3）小明同学闭合开关，移动滑片P到某一点时，电压表示数如图2所示，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P向______（选填“A“或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5V； （4）小丽同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图3所示的I-U图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是______W；该图象不是直线，主要原因是______。 【答案】 变大 B A 0.5 灯的电阻随温度的变化而变化 【解析】 （1） 变阻器按一上一下连入电路中与灯串联，小灯泡额定电压为2.5V，故电压表选用小量程与灯并联，电阻约为10Ω，由欧姆定律，灯的额定电流约为 故电流表选用小量程与灯串联，如图所示 （2） 小刚闭合开关后，小灯泡的灯丝突然被烧断，则电压表串联在电路中，电压表与电源连通测电源电压，根据串联电路电压的规律，故电压表的示数变大。 [3]为保护电路，小组讨论后一致认为，闭合开关前，如图甲中滑动变阻器的滑片P应位于阻值最大处的B端； （3） 灯在额定电压下正常发光，由图2可知，电压选用小量程，分度值为0.1V，示数为2V，2V小于灯的额定电压2.5V，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向A端移动，直到电压表示数为额定电压2.5V。 （4） 根据绘制成图3所示的I﹣U图象知，灯在额定电压下的电流为0.2A，小灯泡的额定功率是 P=UI=2.5V×0.2A=0.5W 该图象不是直线，则说明灯的电阻不是一个定值，主要原因是：灯的电阻随温度的变化而变化。 练1.2．在测定“小灯泡电功率”的实验中，电源电压为4.5V，小灯泡额定电压为2.5V、小灯泡正常发光时电阻约为10Ω。 （1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整______。 （2）小叶同学闭合开关，移动滑片P到某一点时，电压表示数（如图乙所示），若他想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P向______（选填“A”或“B”）端移动。 （3）小向同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I﹣U图像，根据图像信息，可计算出小灯泡的额定功率是______W。 （4）小勇同学在实验中连接好电路，闭合开关，发现： A：移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是______； B：移动变阻器滑片P，发现小灯泡变亮，电压表示数反而变小，原因是______。 （5）实验结束后，小明整理实验器材时，发现滑动变阻器的BP部分比PC部分热，这是因为______。 【答案】 B 0.5 小灯泡断路 电压表与滑动变阻器并联了 BP部分与PC部分串联，电流相等，并且BP部分比PC部分电阻大，根据焦耳定律可知，在通电时间相等的情况下，BP部分产生的热量多 【解析】 （1） 灯泡的额定电流约为 则电流表的量程为0～0.6A，且与灯泡串联，如下图所示 （2） 由图2可知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.2V，为测量小灯泡的额定功率，需要使电压表的示数从2.2V增大到2.5V，根据串联电路的分压特点可知，滑片向B端移动减小接入电路中的电阻。 （3） 由图丙所示I﹣U图像可知，灯泡额定电压 所对应的电流 则灯泡的额定功率 P=UI=2.5×0.2A=0.5W （4） A、闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是小灯泡断路。 B、在移动滑片时，灯泡逐渐变亮（灯两端的电压增大），而电压表的示数变小，说明电压表不是接在小灯泡的两端，而是电压表与滑动变阻器并联了。 （5） BP部分与PC部分串联，电流相等，并且BP部分比PC部分电阻大，根据焦耳定律可知，在通电时间相等的情况下，BP部分产生的热量多。 练1.3．某兴趣小组在测量额定电压为2.5伏小灯泡电功率的实验中，实验电路如图甲所示。 实验次数 1 2 3 4 电压U/伏 1.0 2.0 3.0 4.0 电流I/安 0.10 0.17 0.23 0.25 （1）闭合开关前，应将滑动变阻器滑片P移到______； （2）实验时，电压表和电流表读数记录下表中，实验结束后，同学们想知道小灯泡的额定功率，却发现没有测小灯泡正常工作时的电流，能否利用表中数据求出小灯泡的额定功率？______有同学认为可利用表中某组数据求出电阻R，再利用P额＝求出小灯泡的额定功率，请判断是否可行 ______并说明理由______。 【答案】最右端 不能 不可行 因为小灯泡的电阻随温度的变化而变化 【解析】 （1） 为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片位于最大电阻处，应将滑动变阻器滑片P移到最右端。 （2） 由于灯泡的电阻随着温度的升高而增大，利用表中某组数据求出电阻R，再利用P额＝求出小灯泡的额定功率是不可行的，表格中的数据并没有其额定电压，所以只根据表格中的数据不能准确地计算出灯泡的额定功率。 练1.4．某实验小组的同学用如图所示器材测量小灯泡的电功率，已知电源电压恒为6V不变，待测灯泡的额定电压为3.8V，功率估计在1.1W左右。 （1）请在图甲中用笔画线代替导线，使其成为完整的实验电路______。 （2）请根据实物图在虚线框内画出对应电路图______。 （3）连接电路时，开关应该______。 （4）闭合开关前，滑动变阻器滑片P应该位于______（选填“A”或“B”）端。 （5）闭合开关，同学们发现，电流表没有示数，灯泡不亮，电压表示数接近电源电压，此时电路故障为______。 （6）故障排除后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，使灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，为______A，则待测灯泡的额定功率为______W。 【答案】 断开 B 小灯泡断路 0.3 1.14 【解析】 （1） 将电压表并联在小灯泡两端，待测灯泡的额定电压为3.8V，所以电压表应选择0～15V的量程，如下图所示： （2） 根据实物图可知灯泡、滑动变阻器和电流表串联，电压表并联在灯泡两端，所以对应电路图为： （3） 为了保护电路，连接电路时，开关应该处于断开状态。 （4） 为了防止电路中电流过大，闭合开关前，滑动变阻器滑片P应该位于阻值最大处，应离A接线柱最远，P应该位于B端。 （5） 闭合开关，同学们发现，电流表没有示数，灯泡不亮，这说明电路中出现断路，电压表示数接近电源电压，这说明电压表可以连接在电源的两端，中间没有断路，此时电路故障为小灯泡断路。 （6） 如图电流表的量程为0﹣0.6A，分度值为0.02A，电流表的示数为0.3A；待测灯泡的额定电压为3.8V，灯泡正常发光电流表的示数为0.3A，则待测灯泡的额定功率 P＝UI＝3.8V×0.3A＝1.14W 练1.5．在测小灯泡电功率的实验中，某校物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路，所测小灯泡标有“2.5V”字样，电阻约为10Ω，电源电压恒为6V。 （1）请用笔画线代替导线，将甲图中电路连接成完整的测小灯泡电功率的电路，要求滑片P向右滑动时，电流表示数变大（连线时导线不允许交叉）（_______） （2）连接电路时，开关应当___________。闭合开关前，滑动变阻器应当调到 ___________端（选填“A”或“B”）。闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，发现电流表有示数，电压表无示数，原因可能是 ___________（选填数字编号） ①电流表断路 ②小灯泡短路 ③小灯泡灯丝断了 ④滑动变阻器短路 （3）排除故障后，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是 ___________W。 （4）兴趣小组同学又将小灯泡换为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω的定值电阻，用来探究电流与电阻的关系。先将5Ω电阻接入电路，调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为2V，现将定值电阻由5Ω换成10Ω，应将滑动变阻器的滑片向 ___________移动（选填“左”或“右”），否则电压表的示数会 ___________（选填“小于”或“等于”）2V，经过实验发现，当导体电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成 ___________比。 【答案】 断开 A ② 0.65 左 大于 反 【解析】 （1） 实验中灯泡应与滑动变阻器串联；若滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表示数变大，说明滑动变阻器接入电路的阻值变小，即滑片向右移动时，接入电路的电阻丝长度变短，故电路如下图 （2） 连接电路时，为保证电路安全，开关应处于断开状态，滑动变阻器滑片位于最大阻值处，所以滑片应调到A端。 电流表有示数，说明电源、开关、电流表、滑动变阻器是通路，电压表无示数说明灯泡或者电压表短路，故选②。 （3） 电流表接的量程为0﹣0.6A，分度值为0.02A，故乙图中读数为0.26A，此时小灯泡的功率为 P=UI=2.5V×0.26A=0.65W （4） 根据串联电路电压的规律，把电阻从5Ω换成10Ω，且保持电压表示数不变，应增大变阻器的电压，由分压原理，应增大变阻器连入电路中的电阻，故滑片应向左滑。否则电压表示数会大于2V，根据欧姆定律知道，当导体电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 例2．在“测定小灯泡电功率”的实验中，小灯泡额定电压为2.5V。 （1）图甲中有一根导线连接错误，请在错误的导线上画“×”，并在图中改正______； （2）正确连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，两电表无示数。为判断故障，将电压表与滑动变阻器并联，电压表有示数，则电路发生故障的原因是______； （3）排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一点，电压表示数如图乙所示为______V； （4）如表所示，小华在进行实验数据处理时，算出了小灯泡的平均功率，你认为这样处理数据是______（选填“合理”或“不合理”）的，理由是______； 实验序号 电压U/V 电流I/A 功率P/W 平均功率P/W 1 2.0 0.26 0.52 0.69 2 2.5 0.28 0.70 3 2.8 0.30 0.84 （5）下列描述小灯泡电功率P随滑动变阻器阻值R变化情况的图象中，正确的是______（选填字母）。 【答案】 滑动变阻器断路 2.2 不合理 灯在不同电压下的功率不同，求平均值没有意义 B 【解析】 （1）[1]原电路中，电压表串联接入电路中，而滑动变阻器与小灯泡并联，这两处是错误的，电压表应与小灯泡并联，滑动变阻器与小灯泡串联，如图所示： 。 （2） 小灯泡不亮，两电表无示数，电路可能有断路发生，将电压表与滑动变阻器并联，发现电压表有示数，此时电压表两接线柱到电源两极间是通路，则说明与电压表并联的滑动变阻器断路。 （3） 由图乙知，电压表使用03V量程，分度值为0.1V，所以电压表示数为2.2V。 （4） 灯在不同电压下的功率不同，计算小灯泡的平均功率没有意义，因此这样处理数据是不合理的。 （5） 随着滑动变阻器接入电路中电阻的增大，电路中的电流减小，小灯泡的电压减小，电功率减小，不是线性关系，故选B。 练2.1．在“测定小灯泡的电阻”的实验中，同学们选用图甲所示的器材，其中电源电压为6V，小灯泡额定电压为2.5V（灯丝电阻约为12Ω）。 （1）请你用笔画线代替导线，将图甲所示的实物电路连接完整；（_______） （2）闭合开关前，应将图甲中所示的滑动变阻器的滑片滑到___________（选填“A”或“B”）端； （3）闭合开关，滑动变阻器的滑片移动到某一位置时，电压表的示数如图乙所示，此时灯泡两端的电压是___________V；为了测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片向_______ （选填“A”或“B”）端移动； （4）下表是小明同学记录的实验数据。 实验序号 电压U/V 电流I/A 电阻R/Ω 1 1.0 0.14 7.1 2 1.4 0.19 7.4 3 1.7 0.22 7.7 4 2.0 0.25 8.0 5 2.5 0.30 8.3 那么小灯泡正常发光时的功率为___________W； （5）小明同学发现小灯泡灯丝的电阻是变化的，请你根据所学知识分析原因___________。 【答案】 A 2.2 B 0.75 灯泡两端电压升高，灯泡变亮，灯丝温度升高，导致电阻增大 【解析】 （1） 在探究小灯泡的电阻时，电压表应测小灯泡两端的电压，且小灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表选用小量程。电路连接如下： （2） 闭合开关前，应将变阻器的滑片置于阻值最大处，那么图甲中，滑片应置于A端。 （3） 由图乙知，电压表所选量程为0~3V，对应的分度值为0.1V，示数为2.2V。 小灯泡的额定电压为2.5V，要测量小灯泡的额定功率，应让小灯泡在额定电压下工作，据串联电路的分压特点，此时应将滑片向B端移动，让变阻器接入电路的阻值变小，分去的电压变小，则小灯泡两端的电压才能变成2.5V。 （4） 由表格数据知，小灯泡两端的电压为2.5V时，通过的电流为0.30A，那么小灯泡正常发光时的功率 P=UI=2.5V×0.30A=0.75W （5） 由表格数据知，小灯泡的电阻随着电压的增大而增大，而电压增大时，灯丝的温度升高，导致其电阻增大。 练2.2．小东按图中所示的电路探究“电流跟电压的关系”。他利用两节新干电池与规格适当的滑动变阻器串联组成可调电压电源。 （1）请将如图所示的实物电路补充完整。要求：变阻器滑片向右移动时，电流表示数增大。（________） （2）实验中，采用了___________的研究方法。 （3）实验中，多次改变滑动变阻器连入电路中的电阻值，分别测出通过电阻的电流和对应的电压值。如下表。 电压 0.5 1.0 2.0 2.5 3.0 电流 0.1 0.2 0.4 0.5 0.6 根据表中数据能得出的结论：___________。 （4）完成实验后，他还想利用该电路测量小灯泡的额定功率（额定电压下的功率）。于是，他断开开关，将图中的电阻换成一个额定电压为的灯泡，小东接下来的操作应该是：①___________；②___________；③将滑动变阻器滑片移到端，闭合开关，调节滑片直到观察到电压表示数为，记录对应的电流表示数。 【答案】 控制变量 电阻一定时，电流与电压成正比 电源上在串联一节干电池 把电压表量程改为0~15V 【解析】 （1） 变阻器滑片向右移动时，电流表示数增大，即变阻器的电阻变小，应把滑动变阻器接线柱B接在电路中，如图所示 。 （2） 探究“电流跟电压的关系”实验中，应保证电阻阻值不变，改变电阻两端电压，观察电流的变化，采用了控制变量的研究方法。 （3） 由表中数据可知，每组对应的电压值和电流值的比值是相等的，所以可以得出结论：电阻一定时，电流与电压成正比。 （4） 测量额定电压为小灯泡的额定功率，需让小灯泡的实际电压为3.8V，图中电源为两节干电池，电压为3V，不能是小灯泡实际电压等于额定电压，所以电源应再串联一节干电池，并且电压表选用量程应大于3.8V，目前选择量程为0~3V，所以应把电压表量程改为0~15V，故小东接下来的操作应该是：电源上在串联一节干电池，把电压表量程改为0~15V。 练2.3．小雨同学进行“测量小灯泡的电功率”实验，现有器材：额定电压为6V的同规格小灯泡（电阻约为25Ω）若干个，电压为12V的电源1个，电流表、电压表、开关各1个，规格分别为“20Ω 1A”和“50Ω 0.5A”的滑动变阻器各1个，导线若干。 （1）连接电路时开关应_________，在闭合开关前，变阻器的滑片应放在_________端（填“左”或“右”），实验中应选择规格为“___________”的滑动变阻器； （2）图1中已经连接了部分电路，请用笔画线代替导线，将电路连接完整；（_______） （3）小雨正确连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表示数为0，经检查电表完好，则故障可能是___________； （4）故障排除后，再次闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一位置时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图2所示，则电流表的示数为___________A，小灯泡的额定功率是___________W； （5）在实验过程中，曾出现即使将滑动变阻器调至电阻最小的位置，灯泡微弱发光，两表示数很小的现象，小雨检查时碰了一下灯座上的接线柱，突然灯泡变亮了，两表示数也变大了。小军认为这是接触不良造成的，为什么接触不良就会出现这种现象呢？小雨依据欧姆定律分析，接触不良的地方___________变大，导致电路中的电流变小，从而出现上述实验现象。 【答案】断开 右 “50Ω 0.5A” 小灯泡断路 0.24 1.44 电阻 【解析】 （1）连接电路时，开关应断开，才能避免接线时出现短路对电路元件造成损坏。 在闭合开关前，变阻器的滑片应放在阻值最大的位置，即图1中变阻器的最右端。 由题意知，小灯泡正常工作时的电流 而规格为20Ω 1A的变阻器的最大阻值比小灯泡正常工作时的电阻还要小，电源电压为12V，则无法通过调节滑片位置让小灯泡正常工作，所以应选择规格为50Ω 0.5A的变阻器。 （2）在探究小灯泡的额定功率的实验中，电压表应并联在小灯泡两端，小灯泡的额定电压为6V，则电压表应选大量程。电路连接如下 （3）电路连接正确，闭合开关，移动变阻器的滑片，小灯泡不亮，而电表完好，电流表示数为0，是电路中出现了断路，而电压表有示数，说明电压表与电源是接通的，所以出现断路的是小灯泡。 （4）由图2知，电流表的量程为小量程，对应分度值是0.02A，示数为0.24A。 [7]小灯泡的额定功率 P=UI额=6V×0.24A=1.44W （5）在实验中即使调节滑片到变阻器阻值最小处，灯泡发光仍微弱，两电表示数很小，这说明电路是通路，但电路中的电流很小，据欧姆定律知，此时电路中的总电阻很大。而触碰灯座上的接线柱，灯泡变亮，电阻会变大是接触不良造成的。 练2.4．小红利用如图所示电路“测量小灯泡的电阻”，实验器材：两节新干电池、小灯泡（额定电压为2.5V）、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线若干； （1）实验原理是______； （2）小红按图正确连接电路，闭合开关后发现灯泡不亮，电压表示数为3V，则电路故障可能是______； （3）排除故障后，闭合开关，发现灯泡依然不亮，电流表、电压表均有示数，接下来他应该进行的操作是下列选项中的：______；（只填字母） A．更换小灯泡 B．移动滑动变阻器的滑片 （4）小红连续移动滑动变阻器，得到如下实验数据； 实验次数 1 2 3 4 电压/V 1.0 1.4 2.0 2.5 电流/A 0.18 1.00 0.26 0.30 电阻/Ω ①在分析实验数据时，发现一个数据有明显错误，这个数据是_