第14讲 实验电功率的测量解析版Word格式.docx
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I额=I2﹣I1,则小灯泡的额定功率:
P额=U额I额=U额(I2﹣I1)。
故答案为:
(1)如上所示;
(2)没有将电流表的指针调零;
(3)0.5;
(4)灯丝电阻随着温度的升高而增大;
(5)①0.25;
②U额(I2﹣I1)。
【变式练习】
2.小宇在“测定小灯泡电功率”实验中,小灯泡的额定电压为2.5V,电阻约为10Ω。
(1)电路连接如图1,闭合开关,发现小灯泡不亮,电压表有示数,电流表指针几乎不动,产生这个现象的原因可能是 灯泡断路 。
(2)排除故障后,根据实验数据画出如图2所示的U﹣I图象,小灯泡额定电流为 0.25A ,计算出小灯泡的额定功率是 0.625W 。
(3)完成上述实验后,小宇设计了如图3所示的电路,在不使用电压表的情况下测出了额定电流为I额的小灯泡的额定功率。
实验方案如下:
(电源电压不变,滑动变阻器R1的最大阻值为R0)
①按图2电路图连接电路;
②只闭合开关 S1 ,移动R1滑片,使电流表的示数为I额,小灯泡正常发光;
③只闭合开关 S2 ,保持R1滑片位置不动,移动R2滑片使电流表的示数为I额;
④保持 R2 (选填“R1”或“R2”)滑片位置不动,将另一个滑动变阻器滑片移到最左端,电流表的示数为I1,再将此滑动变阻器的滑片移到最右端,电流表的示数为I2;
⑤小灯泡额定功率的表达式为P额= I额2•
。
(用I额、I1、I2、R0表示)
(1)电路连接正确后,闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表指针几乎不动,电路可能断路,电压表有示数,则电压表与电源连通,产生这个现象的原因可能是灯泡断路;
(2)根据实验数据画出如图2的U﹣I图象知,灯在额定电压下的电流为0.25A,小灯泡的额定功率是:
0.25A=0.625W;
(3)①按电路图3连接电路。
②只闭合开关S1,移动R1滑片,使电流表的示数为I额,灯泡正常发光。
此时灯泡与R1串联;
③只闭合开关S2,保持R1滑片位置不动,移动R2滑片,使电流表的示数为I额,
此时R1与R2串联,因为电路中电流仍为I额,所以R2=RL;
④保持R2滑片位置不动,将另一个滑动变阻器(R1)滑片移到最左端,电流表的示数为I1,再将此滑动变阻器(R1)的滑片移到最右端,电流表的示数为I2;
⑤由串联电路特点和欧姆定律可得:
U=I1R2=I2(R0+R2),
解得:
R2=
,
小灯泡额定功率的表达式为:
P额=I额2RL=I额2R2=I额2•
。
(1)灯泡断路;
(2)0.625;
(3)②S1;
③S2;
④R2;
⑤I额2•
3.小明在测量额定电压为3.8V的小灯泡电功率实验中,连接了如图甲所示的电路:
(1)小明在未检查电路连接是否正确的情况下,闭合开关,向左逐渐调节滑动变阻器的滑片,电压表的示数 不变 (选填“变大”、“变小”或“不变”);
(2)小明分析电路后发现,一根导线连接有误,请你在图甲中连接错误的导线上打“×
”,只改动一根导线,使电路连接正确;
(3)排除故障后,继续实验,分别记下了多组电压表和电流表示数,并绘制了如图乙所示的I﹣U图象。
某次实验时电流表示数如丙所示,此时小灯泡的电阻是 10 Ω;
此时它的额定功率是 0.324 W;
(4)测出小灯泡的定功率后,某同学又把小灯泡两端电压调为额定电压的一半,发现测得的功率并不等于其额定功率的四分之一,其原因是 小灯泡的电阻随温度的降低而减小 ;
(5)小明重新选择实验器材,不用电流表就测出了另一个额定电流为I=0.3A的小灯泡的额定功率,设计的电路图如图丁所示。
请你将下列实验步骤补充完整,并计算出小灯泡的额定功率(电源电压恒为U,定值电阻R的阻值为8Ω):
①开关S闭合,开关S1连接触点“2”时,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为 2.4V 时,小灯泡正常发光;
②保持滑动变阻器滑片位置不动,使开关S1连接触点1,这时电压表的示教为U1;
小灯泡额定功率的表达式为P额= (U﹣U1)×
0.3A (用题中已知或所测物理量的字母表示)。
(1)原电路中,电压表串联在电路中,测量电源电压,电流表并联在电路中,没有示数,在未检查电路连接是否正确的情况下,闭合开关,调节滑动变阻器滑片,电压表的示数将不发生变化;
(2)电压表应与灯泡并联,电流表应与灯泡串联,电路如图所示:
(3)某次实验时电流表示数如图丙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流表的示数为0.18A;
由图象知此时电压为1.8V
此时小灯泡的电阻为:
R=
=
=10Ω;
它的功率为:
P=UI=1.8V×
0.18A=0.324W;
(4)若灯的电阻不变,根据P=
,灯泡两端电压为额定电压的一半,实际功率为额定
,而实际中,灯的电阻随温度的变化而变化,故测得的功率不等于其额定功率的
;
(5)①连开关S闭合,开关S1连接触点“2”时,调节滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为I额R=0.3A×
8Ω=2.4V,小灯泡正常发光;
②保持滑动变阻器滑片位置不变,S2接1,读出电压表示数U1;
因电阻的连接没有改变,各用电器的电阻电压没有改变,灯仍正常发光,由串联电路电压的规律,
此时小灯泡两端的电压为:
U额=U﹣U1,
则小灯泡额定功率:
P额=U额I额=(U﹣U1)×
0.3A。
(1)不变;
(2)见上图;
(3)10;
0.324;
(4)小灯泡的电阻随温度的降低而减小;
(5)①2.4V;
②(U﹣U1)×
4.实验老师为“测量小灯泡额定功率”准备了如下器材:
电源(电压恒为6V)开关、电压表和电流表各一只、额定电压为2.5V的待测小灯泡(电阻约为10Ω)、滑动变阻器(“20Ω1A”)、导线若干。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中的实物图连接完整(要求:
滑片向右移动灯泡变亮)。
(2)闭合开关前电流表的指针如图乙所示,其原因是 电流表指针没有调零 。
(3)故障排除后,调节滑动变阻器的滑片,并绘制了小灯泡的电流随其两端电压变化的关系如图丙所示,则小灯泡的额定功率为 0.625 W。
(4)小陈同学为了验证电流跟电阻的关系,他又借到了一个滑动变阻器(50Ω0.5A)和五个定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω),其余器材不变。
用定值电阻更换甲图中的灯泡,小陈同学得到如图丁所示的电流随定值电阻变化的图象,则实验中他所用的滑动变阻器是 B (选填字母:
A.20Ω1AB.50Ω0.5A),若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为14Ω,则所用定值电阻的阻值为 10 Ω。
(5)下课前老师布置了一道课后作业。
要求:
在只有下列实验器材的前提下测出未知定值电阻Rx的阻值。
实验器材:
电阻Rx、电源(电压恒定但未知)、滑动变阻器(已知最大阻值为R0)、电流表、开关、导线若干。
小张同学设计了如图戊所示的电路图,用以下步骤测Rx的阻值。
①闭合开关S,移动滑片P至B端,记下电流表示数I1;
②移动滑片P至A端,记下电流表示数I2(I2未超过电流表的量程);
③请帮他写出Rx的表达式:
Rx=
(用字母R0、I1、I2表示)。
(1)滑片向右移动灯泡变亮,即电流变大电阻变小,故变阻器滑片右下接线柱连入电路中,灯泡的额定电压为2.5V,故灯泡的右端接电压表的3V接线柱,如下所示:
(2)闭合开关前电流表的指针如图乙所示,其原因是电流表指针没有调零。
(3)根据绘制的小灯泡的电流随其两端电压变化的关系知,灯在额定电压下的电流为0.25A,则小灯泡的额定功率为:
(4)图丁所示的电流随定值电阻变化的图象,电流与电阻之积为:
U=IR=0.1A×
25Ω=﹣﹣﹣﹣0.5A×
5Ω=2.5V,
根据串联电路电压的规律,变阻器分得的电压:
U滑=U﹣UV=6V﹣2.5V=3.5V,变阻器分得的电压为电压表示数的
=1.4倍,根据分压原理,当接入25Ω电阻时,变阻器连入电路中的电阻为:
R滑=1.4×
25Ω=35Ω,故为了完成整个实验,应该选取最大阻值至少35Ω的滑动变阻器,则实验中他所用的滑动变阻器是50Ω0.5A,选B;
若变阻器连入的阻值为14Ω,由欧姆定律,电路的电流为:
I=
=0.25A,由欧姆定律,则所用定值电阻的阻值为:
R定=
(5)①闭合开关S,移动滑片P至B端,记下电流表示数I1;
②移动滑片P至A端,记下电流表示数I2(I1未超过电流表的量程);
③在①中两电阻串联,由电阻的串联和欧姆定律,电源电压:
U=I1(Rx+R0)
在②中,为RX
的简单电路,由欧姆定律:
U=I2RX,因电源电压不变,故:
U=I1(Rx+R0)=I2RX,
Rx的表达式:
Rx=
(2)电流表指针没有调零;
(3)0.625;
(4)B;
10;
(5)
5.小明在“探究小灯泡在不同电压下工作时的电功率”的实验时,实验室提供了如下器材:
电源(电压恒为8V),一个电流表,一个电压表,滑动变阻器“20Ω2A”,小灯泡(额定电压2.5V,额定功率小于1.2W),一个阻值已知的定值电阻R0,开关及导线若干。
(1)请根据图甲所示的电路图,用笔画线代替导线,完成实验电路图乙的连接(要求:
滑动变阻器的滑片P向右滑动时灯变亮;
连线不能交叉)。
(2)正确连接电路后,闭合开关进行实验,记录的数据如下表所示。
当电压表示数为2.5V时,电流表示数如图丙所示,小灯泡的额定功率为 1.05 W.
1
2
3
4
5
电压/V
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
电流/A
0.24
0.32
0.38
0.44
电功率/W
(3)分析表中数据可得出结论:
小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而 增大 (选填“增大”、“不变”或“减小”),小灯泡的实际功率由 实际电压 (选填“额定功率”、“额定电压”或“实际电压”)决定。
(4)完成实验后,利用上述器材,小明又想出一种测量小灯泡额定功率的方法,设计了如图所示的电路,所用电压表量程为“0~15V”,请将以下实验步骤补充完整。
①检查电路无误后,闭合开关S,将开关S1拨至“1”,调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为 5.5 V;
②滑动变阻器滑片不动,再将开关S1,拨至“2”读出电压表示数为U0;
③小灯泡的额定功率P额= U额•
(用U额、U0、R0表示)。
若步骤②中,在将开关S1拨至“2”时,不小心将滑片向右移动了少许,其他操作正确,则测出的小灯泡额定功率比真实值 偏小 (选填“偏大”或“偏小”)。
(1)滑动变阻器的滑片P向右滑动时灯变亮,即电流变大,电阻变小,故变阻器右接线柱连入电路中,如下所示:
(2)当电压表示数为2.5V时,电流表选择0~0.6A的量程,分度值为0.02A,示数为0.42A,
则小灯泡的额定功率:
P额=U额I额=2.5V×
0.42A=1.05W;
(3)由表中数据可知,根据P=UI,第1、2、3、4、5的电功率分别为0.24W、0.48W、0.76W、1.05W、13.2W,可得出结论:
小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而增大,
小灯泡的实际功率由实际电压决定;
(4)要测量小灯泡的额定功率,需使小灯泡两端的电压等于其额定电压,
①闭合开关S,将开关S1拨至“1”,小灯泡、R0和滑动变阻器串联,电压表测R0和滑动变阻器两端的电压,调节滑动变阻器的滑片,灯泡正常发光时,
电压表的示数:
UV=U﹣U额=8V﹣2.5V=5.5V;
②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,电压表测R0两端的电压U0,此时电路中的电流即为小灯泡的额定电流:
I额=
③小灯泡的额定功率:
P额=U额I额=U额•
将开关S1拨至“2”,滑片向右移动稍许,滑动变阻器接入电路的阻值变大,根据串联分压知识可知,滑动变阻器两端的电压变大,定值电阻R0两端的电压U0变小,
根据P额=U额I额=U额•
可知,测出的小灯泡的额定功率比真实值偏小。
(2)1.05;
(3)增大;
实际电压;
(4)①5.5;
③U额•
偏小。
6.在“测量小灯泡的电功率”实验中,小丹设计了如图甲所示的电路图,已知小灯泡的额定电压为2.5V,滑动变阻器规格为“20Ω1A”,电源是由2节新干电池串联组成。
(1)用笔画线代替导线,帮助小丹按电路图甲将图乙电路连接完整(要求导线不交叉,且滑片P向B端移动时,滑动变阻器阻值变大)。
(2)连接好电路后,闭合开关,发现小灯泡不发光,电流表有示数,电压表无示数,则电路故障可能是灯泡 短路 (选填“短路”或“断路”)。
(3)排除故障后,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5V,电流表示数如图丙所示为 0.2 A,则小灯泡的额定功率为 0.5 W,此时灯丝的电阻为 12.5 Ω。
(4)小丹继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率,滑动变阻器的滑片应向 B 端调节(选填“A”或“B”),观察到小灯泡变亮。
(5)表是小丹根据实验测得的多组数据,她通过分析数据发现小灯泡灯丝的电阻是变化的,则影响小灯泡灯丝电阻变化的主要因素是 温度 。
实验次数
电压U/V
2.8
电流I/A
0.12
0.16
0.18
0.22
(6)小丹经过思考,发现用两只电流表和一个阻值为R0的定值电阻也可以测出小灯泡的额定功率,她设计的电路如图丁所示,具体操作是:
闭合开关S,调节滑动变阻器使电流表A1的示数为I1时,小灯泡正常发光,此时电流表A2的示数为I2则小灯泡额定功率的表达式为P= R0I1(I2﹣I1) (用I1、I2、R0表示)
(1)滑动变阻器应一上一下串联入电路中,由题知,滑片P向B端移动时,滑动变阻器阻值变大,所以应选择A接线柱接入电路中,实物连接如图所示:
(2)闭合开关,电流表有示数,说明电路中通路,而小灯泡不发光,电压表无示数,则电路故障可能是灯泡短路;
(3)排除故障后,缓慢移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2.5V,电流表示数如图丙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,电流为0.2A,则小灯泡的额定功率为:
由欧姆定律,此时灯丝的电阻为:
=12.5Ω;
(4)继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率,即增大灯的电压,减小变阻器的电压,由分压原理知,应减小变阻器的电阻,故滑动变阻器的滑片应向A端调节;
(5)分析数据发现小灯泡灯丝的电阻是变化的,则影响小灯泡灯丝电阻变化的主要因素是温度;
(6)具体操作是:
闭合开关S,调节滑动变阻器使电流表A1的示数为I1时,小灯泡正常发光,此时电流表A2的示数为I2,
由欧姆定律,R0的电压为U0=R0I1,根据并联电路电流的规律,即灯的额定电压,由并联电路电流的规律,灯的额定电流为:
I=I2﹣I1,则小灯泡额定功率的表达式为:
P=R0I1×
(I2﹣I1)。
(1)见上图;
(2)短路;
(3)0.2;
0.5;
12.5;
(5)温度;
(6)R0I1(I2﹣I1)。
7.某同学利用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)用笔画线代替导线,将图甲中的电路补充完整(导线不得交叉);
(2)连接电路后,闭合开关,灯泡不亮,电流表和电压表都有示数,但是数值较小,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,小灯泡都不发光,两电表示数均无变化,产生这一故障的原因可能是:
滑动变阻器同时接下面两个接线柱 ;
(3)该同学排除故障后,移动滑动变阻器的滑片到某一位置,电压表的示数如图乙所示,此时小灯泡两端的电压为 2.2 V.要测量小灯泡的额定电功率,应将图甲中滑动变阻器的滑片向 A (填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为2.5V;
(4)移动滑动变阻器的滑片,记下多组电压和电流值,并绘制成图丙所示的U﹣I图象,根据图象的信息可以计算出小灯泡的额定电功率为 0.5 W;
(5)为了用电流表、电阻箱R和滑动变阻器,测量额定电流为I额的小灯泡的额定电功率,该同学设计了如图丁所示的电路。
操作步骤为:
①闭合开关S、S1,断开S2,移动滑动变阻器的滑片,使电流表的示数为I额,此时小灯泡正常发光;
②保持滑动变阻器滑片的位置不动,闭合开关S、S2,断开S1,调节电阻箱R,使电流表的示数为I额,读出此时电阻箱的电阻值为R0,则小灯泡的额定电功率的表达式为P额= I额2R0 。
(1)实验中,电压表应该并联在小灯泡两端,如下图所示:
(2)闭合开关,电流表和电压表都有示数,则电路为通路,无论怎样移动滑片,灯泡不亮,但说明灯泡实际功率很小,电路电流很小,滑动变阻器不能改变电路电阻,可能的电路故障是:
①滑动变阻器同时接下面两个接线柱;
(3)图甲可知,电压表的量程是0﹣3V,电压表的分度值是0.1V,由图乙可知故此时电压表的示数是2.2V;
灯在额定电压下正常发光,而此时小灯泡两端的电压为2.2V,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,使电压表的示数为2.5V。
(4)根据绘制的小灯泡的I﹣U图象,当灯的电压为2.5V时,电流为0.2A,小灯泡的额定功率是
(5)保持滑动变阻器滑片的位置不动,闭合开关S、S2,断开S1,调节电阻箱R,使电流表的示数为I额,根据等效替代法,此时电阻箱的电阻值等于小灯泡正常发光时的电阻等于R0,则小灯泡的额定电功率的表达式为
P额=U额I额=I额2R0。
(2)滑动变阻器同时接下面两个接线柱;
(3)2.2;
A;
(4)0.5;
(5)I额2R0。
8.在“测量小灯泡额定功率”的实验中,实验器材有:
两节新干电池、电流表、电压表、额定电压2.5V的小灯泡,滑动变阻器、开关,导线若干,实物电路如图甲所示。
(1)甲图中有一根导线连接错误,请在导线上画“×
”并在图上改正(所画的导线用实线且不能交叉)。
(2)改正错误后进行实验,根据实验数据描出的小灯泡的I﹣U图象如图乙所示,则小灯泡额定功率是 0.625 W。
(3)仅用该实验装置中的器材,以下探究活动能够完成的是 ABC 。
A.测量小灯泡的电阻
B.探究串联电路电流的特点
C.探究串联电路电压的特点
D.探究电流与电压的关系
(4)完成上面实验后,小明又设计了如图丙所示的电路,测出了额定电流为I额小灯泡L2的额定功率。
(电源电压不变,滑动变阻器R1的最大阻值为R1,滑动变阻器R2的最大阻值为R2)
①只闭合开关S和S2,移动R1滑片,使电流表示数为I额。
②只闭合开关S和S1,保持R1滑片位置不动,移动R2滑片,使电流表的示数为I额.保持滑动变阻器 R2 的滑片位置不动,将另一个滑动变阻器滑片移到最左端,电流表的示数为I1,再将此滑动变阻器的滑片移到最右端,电流表的示数为I2,则小灯泡额定功率的表达式P额= I额2•
(用I额、I1、I2、R1、R2中的字母表示)
(1)原电路中,灯与变阻器并联后再与电压表串联是错误的,灯应与变阻器串联,电压表与灯并联,如下所示:
(2)根据实验数据描出的小灯泡的I﹣U图象知,灯在额定电压下的电流为0.25A,则小灯泡额定功率是:
(3)A.由R=
可知,电压表测出电压,电流表测出电流,可测量小灯泡的电阻,故A能完成;
B.将电流分别串联在电路不同处,可探究串联电路电流的特点,故B能完成;
C.分别将电压表并联在各用电器两端,可探究串联电路电压的特点,故C能完成;
D、探究电流与电压的关系要控制电阻不变,灯的电阻随温度的变化而变化,故D不能完成。
故选ABC;
(4)①闭合开关S和S2,移动R1滑片,使电流表的示数为I额。
②只闭合开关S和S1,保持R1滑片位置不动,移动R2滑片,使电流表的示数为I额.保持变阻器R2的滑片位置不动,将另一个滑动变阻器滑片移到最左端,电流表的示数为I1,再将此滑动变阻器的滑片移到最右端,电流表的示数为I2。
在①中,R1与灯串联,灯正常发光,
在②中,R1与R2串联,因为电路中电流仍为I额,所以R2=RL;
保持R2滑片位置不动,将另一个滑动变阻器(R1)滑片移到最左端,电流表的示数为I1,再将此滑动变阻器(R1)的滑片移到最右端,电流表的示数为I2。
由串联电路特点和欧姆定律可得:
U=I1R2=I2(R1+R2),
P额=I额2RL=I额2R2=I额2•R2=I额2•
(2)0.625;
(3)ABC;
(3)④R2;
I额2•
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