18.3 测量小灯泡的电功率（考点解读）（解析版）

183 测量小灯泡的电功率（考点解读）（解析版） 1、电功率的测量 （1）实验室里通常根据电功率的计算公式P=U 测量电功率。 （2）测量电功率的方法： ①测量用电器的电功率可以用专门的仪器。 ②用电能表测量出电流通过用电器做的功，用秒表测量出所用的时间。根据公式 计 算出用电器的电功率。 ③用电压表测出加在用电器两端的电压，用电流表测出通过用电器的电流，根据公式 P=U 计算出用电器此刻的电功率，这种方法叫做伏安法。 （3）伏安法测电功率的电路图：如图所示，测量小灯泡电功率的电路有两种接法。 （4）如果没有电压表，我们可以用一个已知电阻和电流表来代替电压表，根据U=R 可 得出电压值，这时应将小灯泡与已知电阻并联，因为得出了已知电阻两端的电压，就知道 了小灯泡两端的电压；反之，如果没有电流表，我们可以用一个已知电阻和电压来代替电 流表，根据 可得出电流值，这时应将小灯泡与已知电阻串联，因为得出了已知电阻 的电流，就知道了通过小灯泡的电流。 2、探究小灯泡的电功率实验 （1）实验目的：用电流表、电压表测出小灯泡在不同电压下的电功率； （2）实验原理： ； （3）实验方法：伏安法。 （4）实验器材：干电池、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干； （5）实验步骤：步骤①根据电路图连接实物图，注意连接时开关要断开，开关闭合之前 要把滑动变阻器调到阻值最大处； 步骤②检查电路无误后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数等于25V 时， 停止滑动，记录此时电流表的示数，并观察灯泡的亮度，记录在表格中； 步骤③调节滑动变阻器的滑片，分别使电压表的示数低于25V、等于25V 的12 倍（注意 不能超过小灯泡的额定电压太多，否则会损坏小灯泡），记录每一次对应电流表的示数， 并观察灯泡的亮度，记录在表格中； 步骤④将实验中记录的数据分别代入P=U，算出小灯泡的实际功率，并填人表格中； 步骤⑤整理实验器材。 （6）实验分析和结论： ①小灯泡的发光情况由它的实际功率决定，实际功率越大，灯泡越亮； ②灯泡实际消耗的电功率随着加在它两端的电压而改变，电压越大，功率越大； ③灯泡的实际功率可以等于额定功率，也可以不等于额定功率。 （7）实验中滑动变阻器的作用： ①闭合开关前，应该先调节滑动变阻器的滑片，使其连入电路中的电阻最大，电路中的电 流最小，这样能够保护电路中的各个电路元件不至于损坏；（保护电路） ②接通电源后，移动滑动变阻器的滑片，可以调节小灯泡两端的电压。（调节电压） 实验中电路故障分析 故障 现象 故障原因 灯泡不 亮 闭合开关，灯泡不亮，电压表、电流表 有示数 ①滑动变阻器接成定值电阻 ②电源电压太低 闭合开关，灯泡不亮，电压表、电流表 无示数 ①电源、电流表、开关或滑动变阻器损坏 ②接线柱接触不良 ③连接导线断裂 闭合开关，灯泡不亮，电流表几乎无示 数，电压表指针明显偏转 ①灯泡的灯丝断了或灯座与灯泡接触不良 ②电流表和电压表的位置互换了 电表问 题 电流表与电压表的指针向没有刻度的方 向偏转 电流表和电压表的“﹢”“－”接线柱接反了 电流表与电压表的指针偏转角度很小 ①电表的量程都选择过大 ②电源电压过低 电表的指针超过最大刻度 ①量程选择过小 ②电路中出现短路 滑动变 阻器问 题 滑动变阻器的滑片滑动时，电表示数及 灯泡的亮度无变化 滑动变阻器连接错误，没有遵循“一上一下” 的接线原则，使滑动变阻器接成了定值电阻 无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数 总小于灯泡的额定电压 电源电压过低 闭合开关瞬间，灯泡发出强光后立即熄 灭，电流表指针偏转后又回到零刻度线 处，电压表仍有示数 灯泡两端电压过高，滑动变阻器的滑片没有置 于阻值最大位置 【考点1 电功率的测量】 【典例1-1】（2022 秋•邻水县期末）在“测定小灯泡的额定功率”的实验中，某同学电路 连接正确，闭合开关，灯泡发光，但测试过程中无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数 都达不到小灯泡的额定电压值，其原因可能是（ ） ．滑动变阻器的总电阻太大 B．电压表的量程太大了 ．电源电压太低 D．小灯泡的灯丝断了 【答】 【分析】电路连接正确，不是连接故障问题，而是器材的规格问题，从滑动变阻器规格、 电源电压等方面考虑。 【解答】解：、变阻器是可以调节的，而且最小可调节至阻值为零，此时灯泡两端电压 等于电源电压，因此该选项不合题意。 B、电压表量程的大小，不会影响灯泡两端的电压，不合题意； 、如果电源电压太低，即使变阻器阻值最小，也有可能达不到灯泡的额定电压，符合题 意； D、如果灯泡灯丝断开，则灯泡不会发光，故D 不符合题意。 故选：。 【典例1-2】（2022 秋•成武县期末）“测量小灯泡电功率”的实验原理是 P ＝ U ；由 原理可知：需要测出的物理量是 电压 和电流。现有“220V 100”的电灯泡一只，将 它接在电压为“110V”的电路中，实际功率为 25 ，消耗1k•的电能可供它连续工作 40 。 【答】P＝U；电压；25；40。 【分析】根据P＝U 分析； 已知灯泡的额定电压和额定功率，根据R＝ 求出通过灯泡的电阻； 已知灯泡的电阻和实际电压，利用P＝ 求出灯泡的实际功率； 已知灯泡消耗的电能和灯泡的额定功率，直接利用t＝ 即可求出灯泡工作的时间。 【解答】解：实验中用电压表测量出灯泡两端的电压，用电流表测量出通过灯泡的电流， 根据P＝U 可以求出灯泡的功率，所以实验原理是P＝U； 灯泡的电阻为 R＝ ＝ ＝484Ω； 当把灯泡接在电压为110V 的电路中，灯泡的实际功率为 P 实＝ ＝ ＝ 25； 消耗1k•的电能可供灯泡连续工作 t＝ ＝ ＝40。 故答为：P＝U；电压；25；40。 【变式1-1】（2022 秋•海口期末）在“测定小灯泡的额定功率”的实验中，当手移动变阻 器滑片时，眼睛应主要观察（ ） ．电流表的示数 B．电压表的示数 ．灯泡的发光情况 D．变阻器滑片的位置 【答】B 【分析】本题考查“测定小灯泡额定功率”的实验，重点对操作步骤的考查，关键在于 理解额定功率的概念。 【解答】解：额定功率是指用电器在额定电压下的功率，“测定小灯泡额定功率”正确 的操作步骤应该是移动滑片时，同时观察电压表的示数，直到等于小灯泡的额定电压， 记下此时电流表的示数，然后根据P＝U 计算出小灯泡的额定功率。 故选：B。 【变式1-2】（2022 秋•武侯区期末）某同学利用如图所示电路，测量额定电压为25V 小灯 泡的额定功率，下列说法正确的是（ ） ．闭合开关前，滑动变阻器的滑片P 应滑到端 B．闭合开关后，小灯泡不发光，一定是小灯泡灯丝断了 ．当电压表示数为25V 时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率 D．通过实验可得知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡发光越暗 【答】 【分析】（1）连接电路时开关应断开；闭合开关前，滑片处于最大阻值处； （2）小灯泡不发光，可能是电路断路； （3）小灯泡正常发光时的功率为额定功率； （4）小灯泡的实际功率越大，小灯泡发光越亮。 【解答】解：、闭合开关前，滑片处于最大阻值处，即B 端，故错误； B、闭合开关后，小灯泡不发光，也可能是电路中的其它地方断开了，造成电路中没有 电流，故B 错误； 、小灯泡的额定电压为25V，当电压表示数为25V 时，测出通过小灯泡的电流，可得出 小灯泡的额定功率，故正确； D、通过实验可得知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡发光越亮。 故选：。 【变式1-3】（2023•承德模拟）小华同学在“测定小灯泡的电功率”实验中，所用电源电 压为45V、75V 和9V 中的一个，滑动变阻器上标有“20Ω 2”字样，小灯泡标有“45V” 字样，小灯泡的额定功率小于15。他按图连接好电路，先将变阻器的滑片移至 端 （选填“”或“B”），然后闭合开关s，再移动变阻器的滑片P，当小灯泡正常发光时， 变阻器的滑片P 恰好在中点上（即连入电路的电阻为10Ω）。小华所用的电源电压为 75 V，小灯泡的额定功率为 135 。 【答】；75；135 【分析】（1）为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器的阻值要调至最大； （2）由功率的变形公式＝ 求出灯泡正常发光时的电流值；根据灯泡正常发光时滑动 变阻器电压大约值、灯泡的电压，由串联电路的特点求出，电源电压大约为多少，然后 根据题目所给的电源，确定电源电压值； （3）由串联电路的特点求出灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律 求出电路电流，最后由公式P＝U 求出灯泡的额定功率； 【解答】解：（1）闭合开关前，应先将变阻器的滑片移至阻值最大处，即端； （2）小灯泡正常工作时的电流约为＝ ＝ ≈033； 小灯泡正常发光时，电路中的电流约为＝033，由题意知，此时滑动变阻器接入电路的 阻值R 滑＝10Ω， 则滑动变阻器两端电压约为U 滑＝R 滑＝033×10Ω＝33V； 电源电压约为U＝UL+U 滑＝45V+33V＝78V； 由于灯泡的额定功率小于15V，灯泡正常发光时的电流小于033，这电源电压要小于 78V；灯泡正常发光时，滑动变阻器两端有一定的电压，则电源电压要大于45V，由此 可知，电源电压应为75V； （3）源电压为75V，灯泡正常发光时的电压UL＝45V， 则灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压：U 滑＝U U ﹣ L＝75V 45V ﹣ ＝3V， 电路中的电流＝ ＝ ＝03，则灯泡的额定功率：PL＝UL＝45V×03＝135。 故答为：；75；135。 【考点2 探究小灯泡的电功率实验】 【典例2-1】（2022 秋•潍坊期末）在“伏安法”测量小灯泡电功率的实验中，某同学连接 好电路闭合开关，当变阻器连入电路的电阻变大时，电压表示数也随着变大；反之，随 着变小。这是因为（ ） ．电压表与滑动变阻器并联 B．小灯泡被短路了 ．滑动变阻器接错了接线柱 D．电压表的正、负接线柱接错了 【答】 【分析】在调节滑动变阻器时，当滑动变阻器连接电路中的电阻变大时，电压表的读数 也随着变大，当滑动变阻器连接电路中的电阻变小时，灯泡逐渐变亮（电路中电流变 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。 【解答】解：滑动变阻器连接电路中的电阻变大时，电压表的读数也随着变大，反之， 随着变小，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。 故选：。 【典例2-2】（2022•射阳县校级一模）在测定“小灯泡电功率”的实验中，电源电压为 45V 。 小 灯 泡 额 定 电 压 为 25V ， 电 阻 约 为 10Ω 。 （1）请你用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接完整； （2）闭合开关前，图中滑动变阻器的滑片P 应位于 （选填“”或“B”）端； （3）小明闭合开关后，移动滑片P 到某一点时，电压表示数（如图所示）为 22 V，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图中滑片P 向 B （选填“”或“B”）端移 动，使电压表的示数为25V； （4）小明移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图象，根据 图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是 05 ； （5）在实际测量过程中，调节滑动变阻器使其接入电路中的电阻减小ΔR1，相应的小 灯泡的阻值变化了ΔR2，则ΔR1 ＞ ΔR2（选填“＞”、“＝”或“＜”）； （6）另一名同学发现不用电压表，用如图丁所示的电路也可测量已知额定电流的小灯 泡的额定功率。已知小灯泡的额定电流为额，定值电阻的阻值为R0，实验步骤如下，请 补充完整： ①闭合开关S、S2，断开S1，调节滑动变阻器R 的滑片P 使电流表示数为额； ②闭合开关S、S1，断开S2，滑动变阻器R 的滑片 保持不动 （选填“左移”、 “右移”或“保持不动”），记下此时电流表的示数为； ③小灯泡的额定功率的表达式为P 额＝ （﹣额） R 0 额 。（用额、R0、表示） 【答】（1）如上图所示；（2）；（3）22；B；（4）05；（5）＞；（6）②保持不动； ③（﹣额）R0 额。 【分析】（1）根据欧姆定律算出灯泡的额定电流确定电流表量程； （2）为了保护电路，闭合开关前，图中滑动变阻器的滑片P 应位于阻值最大处； （3）根据电压表选用量程确定分度值读数，比较电压表示数与灯泡额定电压大小，根 据串联电路电压规律和分压原理确定变阻器滑片移动方向； （4）根据图象信息找到灯泡额定电压对应的额定电流，根据P＝U 算出灯泡的额定功率； （5）通过对滑动变阻器的电阻、灯泡的电阻和总电阻变化情况分析得出结论； （6）要测灯的额定功率，应先使灯正常发光，先使灯与电流表串联后再与定值电阻并 联，通过移动变阻器滑片，使电流表示数为额定电流； 保持滑片位置不变，通过开关的转换，使电流表测灯与R 并联的总电流，因电路的连接 关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，根据并联电路电流的 规律求出通过定值电阻的电流，由欧姆定律求出灯的额定电压，根据P＝U 写出灯的额 定功率的表达式。 【解答】解：（1）小灯泡额定电压为25V，电阻约为10Ω，灯泡的额定电流约为＝ ＝ ＝025，故电流表应选小量程与灯泡串联接入电路中，如下图所示： ； （2）为了保护电路，闭合开关前，图中滑动变阻器的滑片P 应位于阻值最大处，即端； （3）小明闭合开关后，移动滑片P 到某一点时，电压表示数如图所示，电压表选用小 量程，分度值01V，其示数为22V，小于灯泡额定电压25V，故应增大灯泡两端的电压， 根据串联电路电压规律，应减小变阻器两端的电压，根据分压原理，应减小变阻器接入 电路的阻值，故应将图中滑片P 向B 端移动，使电压表的示数为25V； （4）由图象信息可知，当灯泡两端电压为25V 时对应的额定电流为02，小灯泡额定功 率为： P＝U＝25V×02＝05； （5）在实际测量过程中，调节滑动变阻器接入电路中的电阻减小时，电路中的电流增 大，电路中的总电阻减小，灯泡的电阻受温度影响增大， 由电路的总电阻R＝R 滑+R 灯可知：只有当滑动变阻器接入电路中的电阻减小量ΔR1大 于灯泡的阻值增加量ΔR2才会让总电阻变小，故ΔR1＞ΔR2； （6）实验步骤： ①闭合开关S、S2，断开S1，调节滑动变阻器R 的滑片P 使电流表示数为额； ②闭合开关S、S1，断开S2，滑动变阻器R 的滑片保持不动，记下此时电流表的示数为； ③在①中，灯泡与定值电阻并联，电流表测灯泡的电流，调节滑动变阻器R 的滑片P 使电流表示数为额，此时灯泡正常发光； 在②中，灯泡与定值电阻并联，电流表测干路电流，因电路的连接关系没有改变，各 电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，根据并联电路电流的规律，通过定值电 阻R0的电流为：0＝﹣额， 由欧姆定律的变形公式，定值电阻R0的电压为：U0＝0R0＝（﹣额）R0， 根据并联电路电压的规律，灯泡两端的电压等于定值电阻的电压，即U 额＝U0＝（﹣ 额）R0， 所以灯泡的额定电压功率为： P 额＝U 额额＝（﹣额）R0 额。 故答为：（1）如上图所示；（2）；（3）22；B；（4）05；（5）＞；（6）②保持不 动；③（﹣额）R0 额。 【典例2-3】（2023•曲江区校级模拟）小李用如图甲所示的器材测量小灯泡的电功率，小 灯泡上标有“15V”的字样，小灯泡正常发光时的电阻约为10Ω，滑动变阻器的规格为 “50Ω，2”。 （1）用笔画线代替导线，连接完整图甲所示的实物电路； （2）连接好实验电路，检查连接无误后，闭合开关，却发现灯泡不发光，电流表示数 为0，电压表指针明显偏转，可能发生的故障是 （选填下面的字母）； 滑动变阻器处断路 B 灯座处短路 小灯泡的灯丝断了 D 开关接触不良 （3）排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P 至某处时，电压表的示数如图乙 所示，其读数为 22 V，要测量小灯泡的额定功率。改变滑片P 的位置，获得多组对 应的电压、电流值，制得如图丙所示的﹣U 图像，小灯泡的额定功率为 0225 。 （4）小李还想探究“电流与电阻的关系”，于是将小灯泡分别更换为5Ω、10Ω、 15Ω、20Ω、25Ω 的定值电阻，然后进行了如下实验： 次数 1 2 3 4 / 06 03 02 015 R/Ω 5 10 15 20 ①小李同学控制定值电阻两端的电压为3V 不变，记录的数据如表所示，根据此表可得 的实验结论是 当电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比 ； ②实验中，若将电阻更换成25Ω 的定值电阻，滑动变阻器应该往 左 （选填“左” 或“右”）移动。 【答】（1）见解答图；（2）；（3）22；0225；（4）①当电压一定时，通过导体的 电流与导体的电阻成反比；②左。 【分析】（1）已知灯泡额定电压和电阻，利用欧姆定律求出灯泡正常发光时的电流， 然后确定电流表量程，将电流表串联在电路中； （2）连接好实验电路，检查连接无误后，闭合开关，却发现灯泡不发光，电流表示数 为0，说明电路可能断路；电压表指针明显偏转，说明电压表与电源连通，则与电压表 并联的电路以外的电路是完好的，则与电压表并联的电路断路了； （3）根据电压表选用量程确定分度值读数；根据图丙确定灯泡额定电压对应的额定电 流，利用P＝U 求出灯泡额定功率； （4）①根据电流与电阻的乘积为一定值，分析得出结论； ②根据控制变量法，研究电流与电阻的关系时，需控制定值电阻两端的电压不变，当换 上大电阻时，根据分压原理确定电压表示数的变化，由串联电路电压的规律结合分压原 理确定滑动变阻器滑片移动的方向。 【解答】解：（1）已知灯泡额定电压15V，电阻10Ω，则灯泡正常发光时的电流约为： '＝ ＝ ＝015，故电流表选用小量程与灯泡串联在电路中，如下图所示： ； （2）连接好实验电路，检查连接无误后，闭合开关，却发现灯泡不发光，电流表示数 为0，说明电路可能断路；电压表指针明显偏转，说明电压表与电源连通，则与电压表 并联的电路以外的电路是完好的，则与电压表并联的电路断路了，即可能发生的故障是 小灯泡的灯丝断了，故选：； （3）排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P 至某处时，电压表的示数如图乙 所示，电压表选用小量程，分度值01V，其示数为22V； 由图丙可知，当灯泡两端电压为15V 时，通过灯泡的额定电流为015，则灯泡的额定功 率为： PL＝ULL＝15V×015＝0225； （4）①由表中数据可知，电流与电阻的乘积UV＝R＝06×5Ω＝……＝015×20Ω＝3V， 为一定值，故可得出结论：当电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比； ②实验中，若将电阻更换成25Ω 的定值电阻，根据分压原理，电阻两端的电压变大， 研究电流与电阻关系时要控制电压不变，根据串联电路电压的规律，要增大滑动变阻器 两端的电压，