第13讲《电学实验》教师版.docx
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第13讲《电学实验》教师版
第13讲电学实验
一、测量小灯泡额定功率
1.实验原理:
P=UI。
2.电路图(伏安法):
3.实验步骤:
(1)调零电压表、电流表,并按照电路图连接实物图;
(2)将滑动变阻器置于最大阻值处,闭合开关S;
(3)调节滑动变阻器,使得电压表读数为Ue,读数电流表示数为Ie;
(4)计算:
P=UeIe。
4.实验中滑动变阻器左右:
(1)保护电路;
(2)调节小灯泡两端电压,使之等于额定电压。
5.常见故障原因:
(1)电压表有示数,电流表无示数,且不论如何调节滑动,电表示数几乎不变。
答案:
小灯泡断路
(2)电流表有示数,电压表示数。
答案:
小灯泡短路
(3)电压表、电流表示数几乎为零,小灯泡也不发光,且开始调节滑动变阻器时,各电表示数几乎不变。
答案:
滑动变阻器最大阻值过大
(4)电压表、电流表示数偏大,小灯泡亮度大,且无论怎么调节滑动变阻器,电压表、电流表示数均不发生变化。
答案:
滑动变阻器短路或将滑动变阻器金属杆直接接入电路中二、电流通过导体产生热的多少与那些因素有关——焦耳定律
1.猜想与假设:
产生热多少与电流大小、电阻大小、通电时间等因素有关
2.实验方法:
控制变量法、转换法
3.
实验电路:
4.实验步骤:
(1)将两根阻值不同电阻丝串联在上图的电路中,标记出2根玻璃管内液面位置;
(2)闭合开关,记录电流表读数;
(3)经过一段时间后,再次标记出2根玻璃管内液面位置,断开开关;
(4)比较2根玻璃管内液面上升的高度,可以推测:
当电流相等,电阻越大,电流产生热量越多
(5)当2根玻璃管内液面降回到原来的高度后,减小滑动变阻器的阻值,闭合开关,计下电流表的读数
(6)经过与一次相同时间后,标出甲瓶(或乙瓶)玻璃管内液面的位置,断开开关;
(7)与上次该玻璃管内液面上升的高度相比,可以推测得出:
当电阻一定时,通过导体电流越大,电流产生的热量就越多;
(8)保持滑动变阻器,当2根玻璃管内液面降回到原来高度后,闭合开关,经过与第二次实验2
倍的时间后面,标出甲瓶(或乙瓶)玻璃管内液面的位置,断开开关;
(9)与上次该玻璃罐液面高度相比,可以推测得出:
电阻、电流一定时,通电越长,电流产生的热量就越多
(10)经过进一步实验(更为精确实验)可以得出:
电流通过导体产生的热量跟电流的大小成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比。
这个规律叫做焦耳定律。
(11)公式表达:
Q=I2Rt
题型一:
伏安法测量小灯泡额定功率
【例1】在测量额定电压为2.5V的小灯泡功率的实验中,请按要求完成下列问题:
(1)
用笔画线代替导线,将电压表正确连入如图丙所示的实物电路中。
(2)闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P应移至(选填:
“A”或“B”)端。
(3)闭合开关S,移动滑片P到某处,此时电压表的示数如图甲所示,要测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向(选填:
“A”或“B”)端滑动。
(5)移动滑片P使电压表示数为2.5V,此时电流表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率是W。
【答案】
(1)右图
(2)
(2)A;(3)B;(4)0.75。
【变式训练】
1.小明和小红在电学实验室发现一块电路板,板上已串联接有不可拆卸的小灯泡L和定值电阻R,小灯泡上标有“3.8V”的字样,a、b、c是外露的接线柱。
小明准备用如图甲所示的器材来探究小灯泡L和定值电阻R的电学特征。
已知电源电压恒为6V,滑动变阻器的规格是“40Ω0.6A”。
(1)小明用“伏安法”测量定值电阻R的阻值。
①请用笔画线代替导线,将图甲中的电路补完整。
(要求:
滑动变阻器的滑片向右滑动时,电流表示数变小)
②小明规范操作并正确连接电路,闭合开关后却看到电流表无示数,电压表的示数如图乙所示,则电路故障可能是。
A.电阻R断路B.开关S断路C.电流表短路D.滑动变阻器短路
③分析故障后,小明通过推算得知R=Ω。
(2)排除电路故障后,小明决定测量小灯泡的额定功率。
①为了测量灯泡两端的电压,在图甲电路中,小明只将“电压表负接线柱接a点的导线”由a点改接到
c点。
老师认为这一方法不可行,理由是。
②正确改接电路后闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某处时,用电压表直接测得灯泡两端的电压为3.5V,要测量小灯泡的额定功率,应再将滑动变阻器的滑片向(选填“A”或“B”)端移动;当小灯泡正常发光时,电流表的示数如图丙,则小灯泡的额定功率为W。
③同组的小红提出,在调节滑片使灯泡正常发光时,很难准确判定电压表的示数是否刚好为3.8V,因此造成一定的测量误差。
她认为可以在小明实验的基础上,不更换器材,只改进电路,便可提高测量的准确度。
请简要写出小红的改进方案:
;为确保该方案实施过程中电路安全,请写出闭合开关前的操作要点:
。
【答案】
(1)①如图;②C;③20;
(2)①电压表量程选错;②A;0.76;③将电压表并联在滑动变阻器的两端;将滑片移到中间位置附近进行试触。
2.如图是测量小灯泡额定功率的实验装置,小灯泡上标有3.8V
的字样。
(1)某同学连接了如图所示的电路,请指出其中的错误或不足:
;
(2)改正后,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应调至
(选填“C”或“D”)端;闭合开关后,发现电压表和电流表的指针均有偏转,但灯泡不发光。
则接下来操作应该是;
(3)表为某小组的实验记录分析表:
序号
电压表示数/V
电流表示数/A
功率/W
额定功率/W
1
3.0
0.36
1.08
P=1.08+1.52+1.89=1.50
额3
2
3.8
0.4
1.52
3
4.5
0.42
1.89
老师认为该小组数据处理过程有误,理由是;正确测量结果P额=W。
【答案】
(1)电源电压3V,无法完成实验;
(2)C;慢慢向右移动滑片,直到电压表示数为3.8V;(3)
小灯泡在不同电压下工作时,具有不同的实际功率,取其平均值是无意义的;1.52。
3.在一次测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率的实验中(电源由三节新干电池串联组成),聪明而粗心的小马连接了如图A所示的电路,同组的小王发现电路连接有错。
问:
(1)如果闭合开关,电流表是否会损坏?
。
(2)小王主张拆了以后重新连接,小马眼珠一转,只需改动一根导线的连接就能测量小灯泡的额定功率。
请你在答题卷实物图,将要改动的那根导线打“×”,并画出正确的接法。
(3)排除故障后正确操作实验,测量数据如表所示:
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
8
发光情况
耀眼
明亮
亮
较亮
较暗
微光
不亮
不亮
电压U/V
3.0
2.5
2.1
1.7
1.3
0.9
0.5
0.2
电流I/A
0.32
(图B所示
)0.26
0.24
0.21
0.19
0.16
0.1
分析实验数据可知:
①第2次实验时,电流表的示数如图B所示,则灯的额定功率为。
②第7、8两次实验中,灯泡不亮的原因是。
③断电一段时间后,灯丝的电阻可能是Ω。
(“1”、“2”或“8”)
【答案】
(1)不会。
(2)见上图。
(3)①0.75W;②加在灯泡两端的实际电压太低,其实际功率太小;③1
题型二:
单表法测量小灯泡额定功率
【例2】“测小灯泡电功率”实验,选图1器材,电源电压为6V,小灯额定电压2.5V(灯丝电阻约12Ω)。
(1)为顺利完成实验探究,下列两种规格的滑动变阻器应选
A.“10Ω0.5A”的滑动变阻器B.“50Ω0.5A”的滑动变阻器
(2)用笔画线代替导线,将图1的实物电路连接完整(滑片P右移时灯变亮)。
(3)闭合开关,移动滑片,电压表的示数如图2所示,其读数是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)根据实验测得的数据,绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图象(如图3),分析图可知小灯额定功率为W。
(5)完成上述实验后,小明发现电压表已坏,她利用剩余器材和老师又给的一个阻值为R0的定值电阻、两个开关S1、S2及导线,设计了如图4所示的电路,也完成了对小灯泡额定功率的测量。
测定额定功率的简要步骤如下:
①闭合开关,断开其它开关,调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为;
②闭合开关,断开其它开关,同时(选填“适当调节滑动变阻器的滑片”或“保持滑动变阻器的滑片不动”),读出电流表的示数为I;
③灯泡额定功率的表达式为:
P=
【答案】
(1)B;
(2)如图;(3)2.2;B;(4)0.625(5)①S、S1;
2.5VR0
;②S、S2;保持滑动变阻
器的滑片不动;③2.5V⨯(1-
2.5V)
R0
【变式训练】
1.一个额定电压为3.8V小灯泡,工作时的电阻约为10Ω.小明想测量小灯泡的额定功率。
现有电源(电压恒为8V)、电流表、电压表、开关各一个,规格分别为“10Ω1A”、“50Ω0.5A”和“500Ω0.1A”的滑动变阻器各一个,导线若干。
(1)为完成实验,应该选取规格为的滑动变阻器。
(2)图甲是小明根据选择的实验器材连接的实物图。
图中有一根导线连接错误,请在这根导线上打“×”,并在图中改正。
(3)正确连线后,闭合开关,滑动变阻器滑片P移动到某一位置,电压表示数为2.5V,此时应将滑片P向(选填“A”或“B”)端移动。
当电压表的示数为3.8V时,电流表的示数如图乙所示,小灯泡的额定功率是W。
(4)小张设计了如图丙所示的电路也完成了该实验(电源电压不变,R阻值已知)
①闭合开关S和S1,断开S2,并调节滑动变阻器使电压表示数为U额。
②闭合开关S和S2,断开S1,滑动变阻器滑片P(选填“移至变阻器最左端”、“不动”或“移至变阻器最右端”),读出此时电压表示数为U;则小灯泡额定功率的表达式P额=。
(用U额、R、U表示)
【答案】
(1)“50Ω0.5A”;
(2)如图所示;(3)B;1.14;(4)不动;
2.如图甲是小莉用电压表和电流表测定2.5V灯泡的额定功率的电路。
U额(U-U额)
R
(1)闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于端(填“左”或“右”)。
(2)闭合开关后,小灯泡发光,但电压表示数为0.经检查,图中a、b、c三根导线中有一根断了,则该导线是。
(填写字母)
(3)排除故障后测量灯泡额定功率:
闭合开关,缓慢移动滑片,灯泡亮度逐渐,直至时停止移动滑片,此时电流表的示数如图乙所示,则灯泡的额定功率是W,若此时将小灯泡
换成“2.5V0.6W”的另一小灯泡,那么该小灯泡的实际功率0.6W(选填“>”、“<”或“=”)。
(4)若没有电流表,小莉想利用一个电压表和一个电阻箱测量小灯泡的额定功率。
她选择了满足实验要求的实验器材,并按照图丙所示的电路图连接好实物。
以下是她设计的实验方案,请将它补充完整:
①只闭合开关,移动变阻器的滑片P,使电压表示数为2.5V;
②下一步操作是:
,当电压表示数为2.5V时,读出电阻箱连入电路的阻值R0;
③利用上述测量出的物理量及已知量,写出小灯泡额定功率的表达式是:
P=。
【答案】
(1)左;
(2)c;(3)变亮;电压表读数为2.5V;0.5;<;(4)S1;断开S1、闭合S2,调节
(2.5V)2
电阻箱;。
R0
题型三:
焦耳定律
【例3】圆圆同学在研究“电流通过导体产生热量的多少与电流、电阻是否有关”时,采用了如图所示的实验装置,将1、2和3、4导线分别接到电源两端。
(1)实验中通过观察U形管中的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少;
(2)甲图所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与的关系,通过一段时间,容器中电流产生的热量较多;(选填“a”或“b”)
(3)乙图所示的实验装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与的关系,通过一段时间,
容器中电流产生的热量多。
(选填“c”或“d”)
【答案】
(1)液面高度;
(2)电阻;b;(3)电流;c
【变式训练】
1.小红和小明分别利用如图所示的装置进行“电流一定时,电流产生的热量与电阻关系”的探究实验。
他们分别将两段阻值不同的电阻丝(R1<R2)密封在完全相同的烧瓶中,并通过短玻璃管与气球相连
(他们所用的各种同类器材性能相同)。
问:
(1)实验中,电流产生热量的多少是通过体现出来的。
(2)他们同时开始进行实验,小红的方案观察到的现象是(选填“a”、“b”)气球先鼓起来;小明的方案观察到的现象是(选填“c”、“d”)气球先鼓起来;经过相同时间,(选填“a”、“b”、“c”、“d”)的体积最大。
(3)小红和小明的实验方案中,的实验方案是错误的,其原因是。
(4)若实验中以温度计代替气球,你认为好不好?
为什么?
。
【答案】
(1)气球体积的变化;
(2)b;c;c;(3)小明;没有控制两电阻中的电流相同;(4)通过气体的热胀冷缩,气球能更直观热量的多少,但不能测出准确的温度;温度计能准确测出温度的变化值,更适用于液体温度变化的测量,各有优缺点
2.
小明利用如图所示的装置,探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大小的关系:
在两个相同的烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油,煤油中都浸泡着一段金属丝,甲烧瓶中的金属丝是铜丝,电阻比较小,乙烧瓶中的电阻丝是镍铬合金丝,电阻比较大。
(1)通电一段时间后,小明发现烧瓶中温度计的示数大,表明其它条件相同时,导体的电阻越,产生的热量越多。
(2)本试验使用了控制变量的科学方法:
通过两金属丝串联的方式,控制和相同;还使用了转换的科学方法性,实验中采取的措施是。
(3)小明想把该装置改成探究物质吸热能力的实验装置,则他应将其中一个烧瓶中的煤油换成相同的水,将甲烧瓶中的铜丝换成与乙烧瓶中镍铬合金丝的相等的镍铬合金丝,并将两个烧瓶中的金属丝做绝缘处理。
【答案】
(1)乙;大;
(2)电流大小;通电时间;观测煤油温度的变化;(3)质量;电阻。
1.
如图是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置,两个透明容器中密封着等量的空气,U形管中液面的高度的变化反映密闭空气温度的变化,下列说法正确的是(A)
A.该实验装置是为了探究电流产生的热量与电流的关系
B.将左边容器中的电阻丝换成10Ω的电阻丝后,就可以探究电流产生的热量与电阻的关系
C.该实验装置是利用U形管中液体的热胀冷缩来反应电阻丝放出热量的多少的
D.通电一段时间后,左侧U形管中液面的高度差比右侧的小
2.小明想利用如图所示装置探究“电流通过导体产生的热量与电阻大小的关系”。
甲、乙丙三个烧瓶内所盛煤油中都各自浸泡着一段电阻丝,阻值分别为R1、R2和
R3,用插有温度计的橡胶塞封闭烧瓶,煤油中的电阻丝通过橡胶塞上的接线柱与电路相连,温度计可以测量煤油的温度,下列说法正确的是(D)
A.为实现实验目的,应将R1、R2和R3改为并联
B.甲、乙、丙三瓶中装入煤油的质量可以不相等
C.为实现实验目的,三个烧瓶内的电阻R1、R2和R3阻值应相等(且质量未知)
D.实验中通过观察温度计示数变化来判断电流通过导体产生热量的多少
3.已知小灯泡的额定电压,小明打算增加一个定值电阻R0,只利用一只电表,通过操作开关来测量小灯泡的额定功率。
如图是小明设计的四种不同方案的电路图。
其中能够测出小灯泡额定功率的是(B)
A.甲和丙B.乙和丙C.乙和丁D.丙和丁
4.在科学实验时,往往需要我们注意操作,才能取得良好的实验效果,在“测定小灯泡额定功率”的实验中,当手移动变阻器滑片时,眼睛应观察(C)
A.灯泡的发光情况B.变阻器滑片的位置
C.电压表的示数D.电流表的示数
5.在“测定小灯泡的功率”的实验中,某同学电路连接正确,闭合开关,灯泡发光,但无论怎样调节滑动变阻器,电压表的示数虽然有变化,却始终达不到灯泡的额定电压。
其原因可能是下述的哪一种?
(C)
A.电压表的量程太大B.电流表的量程太大
C.电源电压太低D.变阻器的电阻太大
6.
某兴趣小组利用图甲装置探究电流热效应的影响因素,实验步骤如下:
①将阻值为10欧和20欧的电阻丝分别置于A、B两个盛满煤油的烧瓶中,按图甲所示连接电路。
②闭合开关,将滑动变阻器的滑片移至某一位置,记录此时电流表的读数I,通电一段时间,记录A、B烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△h1、△h2。
③断开开关,直至玻璃管中的液面降回各自初始位置。
④闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,使电流表的读数为2I,当通电时间与步骤②相同时,记录A、B
烧瓶的玻璃管内液面的变化高度分别为△h3、△h4,实验数据如表。
(1)步骤②中的电流表示数如图乙所示,此时电流为安。
(2)本实验通过设计串联电路来研究电阻对电流产生热量的影响,可以控制哪些变量相同?
。
(3)小明认为:
只要选择“△h1、△h2、△h3、△h4”四个量中的某两个量进行比较,就能说明“对电流产生热量多少的影响,电流比电阻更大”,请比较这两个量的大小关系:
。
电流大小
烧瓶玻璃管内液面的变化高度
A烧瓶(RA=10欧)
B烧瓶(RB=20欧)
I
△h1
△h2
2I
△h3
△h4
【答案】
(1)0.24;
(2)电流和通电时间;(3)△h3>△h2
7.实验小组的同学进行“测量小灯泡额定功率”的实验,他们利用现有器材:
电源(电压恒定不变)、单刀单掷开关三个、电压表一个,导线若干,额定电压为Ue的待测小
灯泡一只,滑动变阻器两个R1和R2(其中一个滑动变阻器的最大阻值为R0)设计了如图所示的电路。
请你根据电路图,写出他们测量的实验步骤和表达式(要求表达式用测量值和已知量表示)
【答案】【测量的实验步骤】:
①按照电路图连接实物电路,断开所有开关,滑动变阻器调到阻值最大;
②闭合开关S和S1,调节滑动变阻器R1的滑片,使电压表的示数为Ue;
③保持滑动变阻器R1的滑片不动,断开S1,闭合开关S和S2,调节滑动变阻器R2的滑片,使电压表的示数仍为Ue;
④保持滑动变阻器R2的滑片不动,将滑动变阻器R1的滑片调至最左端,记下电压表的示数为
U1;再将R1的滑片P调至最右端,记下电压表的示数为U2。
8.问题解决﹣﹣﹣测量电阻:
现有一个电压恒定的电源(电压值未知)、一个标有额定电流为Ie的小灯泡L、一个电压表(量程足够大),一个已知阻值为R0的定值电阻、一个滑动变阻器R1、一个单刀
双掷开关S和若干导线,要利用以上器材测量小灯泡L正常发光时的电阻值RL。
(1)请在方框内设计出实验电路图(电路连接好后实验中不能拆卸)。
(2)测量步骤:
①按照电路图连接实物电路。
②。
(3)利用上述测量值和已知量算出RL=。
【答案】
(1)如上所示;
(2)②将变阻器滑片移动到最右端,将S打到a,调节滑动变阻器滑片,使电压表示数为IeR0;再将S打到b,保持滑动变阻器滑片的位置不动,读出电压表示数为U;③
9.问题解决测定小灯泡额定功率
给定器材如下:
额定电压为Ue的小灯泡、电源(电压未知)、一个阻值为R0的电阻、一个滑动变阻器(最大阻值未知)、一只电流表、一个单刀单掷开关、一个单刀
双掷开关和若干导线。
要求:
实验时不允许拆改电路、不能忽略灯丝电阻随温度的变化。
(1)请画出实验电路。
(2)请你根据设计的电路写出测量小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量(物理量用字母表示)。
(3)请推导出,小灯泡额定功率P的表达式。
【答案】
(1)电路图见上;
(2)主要步骤:
①按电路图连接实物电路,开关断开S1和S2,滑动变阻器的滑片移到最大阻值处;
②开关S1闭合,S2接1,调节滑动变阻器,使电流表示数大小为;
③保持滑片的位置不变,将开关S2接2,读出此时电流表示数为I′。
由此可知灯泡正常发光时的电流IL=I′﹣
,
所以灯泡的额定功率:
P=U0IL=U0(I′﹣)
10.在“测定小灯泡的电功率”的实验中,小明同学选取了一个标有“2.5V”、额定功率约为1W的小灯泡和必要的实验器材,电源电压为3V,连接的电路如图甲所示。
次数
电压表示数U/V
电流表示数I/A
灯泡亮度
1
0.80
0.22
几乎不亮
2
1.50
0.32
发光微弱
3
2.00
0.38
较暗
4
2.50
正常发光
5
3.00
0.46
很亮
(1)闭合开关前,老师检查发现小明同学连接的电路有一根导线连接错误,请你在错误的连线上画“×”,并只移动一根导线,用笔画线代替导线将电路连接正确。
(2)经检查电路连接正确后,小明连续进行了5次测量,并把测量的数据和观察到的现象填写在表格
里,其中第4次测量时电流表的示数如图乙所示,此时的电流为A,小灯泡的额定功率为
W。
(3)从表格中的数据可知,灯丝的电阻随两端电压的增加而(增大/减小),灯丝电阻发生变化的本质是电阻随升高而增大。
(4)依据表格中的数据,描出灯泡的I﹣U图象(图丙),任取图象中一点构成矩形(图丁中阴影部分),则矩形的面积表示的物理含义是。
【答案】
(1)略;
(2)0.42;1.05;(3)增大;温度;(4)滑动变阻器的功率。
11.
小明用图1所示的电路测量额定电压为2.5V的小灯泡电功率。
(1)请完成图﹣1的电路连接情况,且在连接时使滑动变阻器接入的阻值最大。
(2)连接好电路闭合开关实验时,小明发现无论怎样节滑动变阻器,两电表指针始终处于图2所示位置,由于两节干电池串联的电源电压为V,可能是小灯处于路。
(3)故障排除后,小明从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据,得到小灯泡图象如图3所示,则小灯泡的额定功率是W.所用滑动变阻器的规格是(选填选项前字母)
A.5Ω2AB.15Ω2AC.25Ω2AD.30Ω2A
(4)同组的小华利用图﹣4所示的电路测了额定电压为1.2V小灯泡的额定功率。
图中R为阻值已知的定值电阻,还缺两个开关和一只电表(电流表或电压表),请在虚线框内补上这三个元件的符号,使电路完整,实验作简单。
【答案】
(1)见上左图;
(2)3;断;(3)0.75;C;(4)如下右图。
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