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模块五 电学部分
测量小灯泡的电功率
模块五 电学部分
数据透视 实验剖析
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实验 24 测量小灯泡的电功率
实验 24 测量小灯泡的电功率
实验梳理
实验器材 电源、电流表、电压表、开关、小灯泡、滑动变阻器、导线 实验原理 　　　 实验操作 连接好电路,闭合开关,通过调节滑动变阻器的滑片来改变小灯泡两端的电压(即电压表的示数),使电压表的示数分别等于小灯泡的额定电压、等于小灯泡额定电压的1.2倍、低于小灯泡的额定电压,观察小灯泡的发光情况,并记下电压表和电流表的示数;利用公式P=UI分别计算出三种情况下小灯泡的电功率,比较三次小灯泡的发光情况与小灯泡的电功率的关系
P=UI
实验分析 (1)滑动变阻器的作用:保护电路;改变电路中的电流,改变小灯泡两端的电压
(2)多次测量的目的:测量小灯泡在不同电压下的实际功率
(3)电压表示数较小时小灯泡不亮的原因:小灯泡的亮度取决于小灯泡的实际功率,小灯泡的实际功率小,不足以引起灯丝发光
(4)移动滑动变阻器的滑片,电压表示数始终达不到U额的原因:滑动变阻器最大阻值太大或滑动变阻器连接错误或电源电压太低
续表
评估与改进 (1)不能用多次测量求出的平均值作为小灯泡的额定功率的原因:小灯泡在不同电压下的实际功率不同,不能求平均值
(2)电流表、电压表的内阻对测量结果的影响(U额已知):电压表测小灯泡两端的电压,电压表测量值准确,电流表测量值偏大,导致小灯泡电功率测量值偏大
(3)相同额定电压下LED灯比小灯泡亮的原因:LED灯的电能转化为光能的效率比小灯泡高得多
实验结论 当U实=U额时,P实　　　P额,小灯泡正常发光;当U实>U额时,P实　　　P额,小灯泡发光较亮;当U实续表
=
>
<
拓展:用特殊方法测小灯泡的额定功率
方法 电路原理图 直接测量的物理量 小灯泡额定功率的表达式
安阻法 闭合开关S,调节滑动变阻器,使电流表A1、A2的示数分别为I1、I额 P=I1R0I额
只闭合开关S1、S3,调节滑动变阻器,使电流表的示数为I额;断开开关S3,闭合开关S1、S2,电流表的示数为I1 P=(I1-I额)R0·I额
方法 电路原理图 直接测量的物理量 小灯泡额定功率的表达式
伏阻法 闭合开关S,调节滑动变阻器,使电压表V1、V2的示数分别为U1、U额 P=U额·
只闭合开关S、S2,调节滑动变阻器,使电压表的示数为U额;保持滑片位置不变,断开开关S2,闭合开关S、S1,电压表的示数为U1 P=U额·
续表
方法 电路原理图 直接测量的物理量 小灯泡额定功率的表达式
伏阻法 保持电源电压U不变,闭合开关S,调节电阻箱至恰当数值,使电压表的示数为U额,记录此时电阻箱的阻值R0 P=U额·
续表
实验梳
典型示例
1.(2022·河南)在测量额定电压为2.5 V小灯泡的电功率实验中,电源是三节新干电池。
(1)请用笔画线代替导线,将图的电路连接完整。
1
2
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于最________(选填“左”或“右”)端。
(3)闭合开关,移动滑片,当电压表的示数为_______V时,小灯泡正常发光,读出电流表示数,可测得额定功率。
左
2.5
1
2
实验梳
(4)继续移动滑片,电压表的示数如图所示,为_______V,此时电流表的示数为0.24 A,小灯泡的实际功率为_______W;为了研究小灯泡发光情况与电功率的关系,除了表中记录的电表示数和电功率,还需要增加记录的内容是
_____________。
实验次数 电压U/V 电流I/A 电功率P/W
1 2.5 0.26
2 0.24
3 2.8 0.28
小灯泡的亮度
2.2
0.528
1
2
实验梳
①把定值电阻R0接入电路,调节滑动变阻器使小灯泡正常发光。
②保持滑片位置不变,将电压表改接在R0两端,读出电压表示数。
③算出小灯泡的额定功率。
现有阻值为5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值电阻,为了能测出小灯泡的额定功率,结合题中的数据分析,定值电阻R0应选_____Ω的。
(5)分析实验数据可以发现,小灯泡两端的电压越高,它的实际功______。
(6)完成上述实验后,某小组设计了如图所示的电路,用原来的电源和电压表测量原小灯泡的额定功率。方案如下:
越大
5
1
2
实验梳
2.(2022·荆州)某物理实验小组在“测量小灯泡电功率”的实验中,选用器材连接了如图甲所示的电路,其中电源电压恒为4.5 V,小灯泡的额定电压为2.5 V,电流表的量程为0~0.6 A,电压表的量程为0~3 V。
1
2
实验梳
(1)所有元件均完好,正确连接电路,将滑动变阻器的阻值调到最大,闭合开关,发现电流表和电压表均有示数,小灯泡不发光,原因是
__________________________________。
(2)三次实验记录如下表,在完成第1次实验后,要测量小灯泡的额定功率,则需将滑动变阻器的滑片向______(选填“A”或“B”)端移动,直到电压表的示数为2.5 V,此时电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为_____W。
滑动变阻器接入电路中的阻值太大
实验次数 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡亮暗情况
1 1.4 0.20 0.28 较暗
2 2.5 正常发光
3 2.8 0.30 0.84 很亮
B
0.7
1
2
实验梳
(3)实验小组根据三次实验数据分别算出对应的阻值,取三次阻值的平均值作为小灯泡的电阻值,他们的做法是__________(选填“正确”或“错误”)的,理由是__________________________________________________。
(4)另一组同学设计了如图丙所示的实验电路,测出了小灯泡的额定功率。电源电压未知但恒定不变,小灯泡的额定电压为U额,R1和R2为滑动变阻器,R1的最大阻值为R0,实验步骤如下:
①闭合开关S、S1,断开开关S2,调节R1的阻值,使电压表的示数为U额。
错误
灯丝电阻随温度的变化而变化,求平均值无意义
1
2
实验梳
②闭合开关S、S2,断开开关S1,保持R1的阻值不变,调节R2的阻值,使电压表的示数为U额。
③保持R2的阻值不变,将R1的滑片P调至最左端,记下电压表的示数U1,再将R1的滑片P调至最右端,记下电压表的示数U2,则小灯泡的额定功率
P额=_______________ (用U额、U1、U2、R0表示)。
1
2
（2013~2022）
数据链接 真题试做
命题点 测量小灯泡的电功率
（10年4考）
命题点 测量小灯泡的电功率
1.学习了电功率后,小明利用如图甲所示的电路图来探究小灯泡的功率跟电阻的关系。
1
2
3
L1的规格为“2.5 V　0.25 A”、L2的额定电压是4.5 V、L3的额定电压是6 V。可调电压电源。图丙是小灯泡L2和L3的I-U图象。
(2)电路连接完成后,小明只闭合开关S1,发现电流表有示数,但小灯泡不发光,原因是_______________________________________。
(1)请根据图甲所示电路图用笔画线代替导线将图乙所示实物图补充完整。
电源电压低,小灯泡的实际电压也比较低
1
2
3
(3)下表是实验中的相关数据。
实验次数 开关状态 电源电压 电流表示数 小灯泡电阻 小灯泡功率
1 只闭合S1 U 0.25A R1=10Ω P1=0.625W
R2=2Ω P2=0.125W
R3 P3=0.25W
1
2
3
实验次数 开关状态 电源电压 电流表示数 小灯泡电阻 小灯泡功率
2 只闭合S1、S2 2.5V 0.50A R3=5Ω P3=1.25W
3 只闭合S1、S3 0.25A R1=10Ω P1=0.625W
4 S1、S2、S3均闭合 1.30A R2=4.55Ω P2=1.375W
1
2
3
续表
第1次实验中电源电压U=_______V,L3的阻值R3=_______ Ω。
(4)分析表中数据可得出,规格不同的小灯泡消耗的实际功率跟电阻的关系:①_______________________________________________;
②________________________________________________。
【拓展】完成实验后,老师告诉小明用一个稳压电源和一个滑动变阻器可以制作成一个可调电压电源。将自制的可调电压电源(稳压电源电压恒为6 V),电流表、小灯泡L3和开关串联,如图丁所示。将滑片置于阻值最大处,闭合开关,向左移动滑片,当滑片从A点滑到最左端B点时(A、B两点图中未标出),电流表示数变化了0.1 A,则RAB=_______Ω。
4
4
在电流相同的条件下,小灯泡的功率与电阻成正比
在电压相同的条件下,小灯泡的功率与电阻成反比
7
1
2
3
2.小明利用如图甲所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材:额定电压为2.5 V的小灯泡、电池组(二节干电池串联,电压为3 V)、电压表一块、滑动变阻器(10 Ω　2 A)、定值电阻(R0=5 Ω)、开关三个和导线若干。
1
2
3
(1)用笔画线代替导线,将图乙中的实物电路按照图甲所示的电路图连接完整。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片滑到最_______(选填“左”或“右”)端。
右
1
2
3
(3)连接完电路后,小明只闭合S、S1时,移动滑片P,电压表的示数发生改变:只闭合S、S2时,移动滑片P,小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测,把电压表并联在某电路元件两端,测试结果如下表所示。则电路中一定存在的故障是_______。(填写序号)
①小灯泡L处断路　②小灯泡L处短路
③开关S2处断路
测试元件 小灯泡L 开关S2
电压表 无示数 有示数
③
1
2
3
(4)排除故障后,小明继续实验。
①只闭合S、S2,移动滑片P,使电压表的示数为_____V。
②只闭合S、S1,保持滑片P不动,读出电压表的示数为2.25 V。
③小灯泡的额定功率为______W。
(5)当加在小灯泡两端的电压为额定电压的时,小灯泡的实际功率
P实_____(选填“>”“>”或“=”)P额。
【拓展】小红通过课外学习知道,干电池有一定的电阻,我们需要用它的“电压U和电阻r”两个物理量来描述它(如图丙所示),于是小红在小明完成步骤①后,将电压表并联在电池组两端,保持滑片P的位置不变,只闭合S、S2时,读出电压表的示数为2.55 V,则小明实验中所用电池组的电阻r是_______ Ω。
2.5
0.75
＞
1.5
1
2
3
3.小明利用如图甲所示的实验器材测量小灯泡的额定功率。已知电源电压恒为6 V,小灯泡正常工作时的电压为3.8 V,电阻约为12 Ω,滑动变阻器的规格为“20 Ω　2 A”。
1
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(2)正确连接电路后,用开关试触,小灯泡不亮,电压表瞬间满偏,电流表指针几乎不动,电路的故障是____________________。(电路只有一处故障)
(3)排除故障后,继续实验,闭合开关,移动滑片,当小灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙所示,小灯泡的额定功率是____________W。
滑动变阻器断路
(1)请用笔画线代替导线,完成图甲中实物电路的连接。
1.14
1
2
3
(4)测量完灯泡的额定功率后,小明又测量了几组数据,计算后发现灯丝电阻随其两端电压的增大而增大,原因是___________________________。
【评估】小红也利用上述器材对该小灯泡的额定功率进行了测量,实验电路图如图丙所示,实验结束后,两人对实验进行了交流与评估。
①小红的实验结果误差较大,理由是________________________________
______________________________________________。
②小明的实验操作麻烦,理由是_____________________________________
_____________________________________________________________。
灯丝电阻随温度的升高而增大
为0.5 V,所以3.8 V电压的测量不够精确
0~15 V量程,调节滑动变阻器后再使用0~3 V量程,操作比较麻烦
电源电压为6 V,操作中电压表先使用
电压表应选择0~15 V量程,分度值
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