18.3 测量小灯泡的电功率（解析版）

第十八章 电功率 第3 节 测量小灯泡的电功率 1 会测算小灯泡的实际功率和额定功率，进一步联系使用电流表、电压表和滑动变阻器。 2 通过实验，体验小灯泡的电功率随它两端电压的变化而变化的规律。 3 通过实验认识用电器正常工作与不正常工作对用电器的影响，培养科学使用用电器的意识。 一、测量小灯泡的电功率： 1 原理： P=U ； 2 器材：电源、开关、电流表、电压表、 导线、滑动变阻器、小灯泡（额定电压25 V） 3 实验方： （1）电路图： （2）滑动变阻器的作用： ①保护电路；（当连入电路的阻值最大时，电流最小，可以起到保护电路的作用） ②改变小灯泡两端的电压；（以便测量小灯泡在不同电压下的实际功率） （3）实验步骤： ①按照电路图连接电路； 注意断开开关，将滑动变阻器滑片放在阻值最大处；将电压表和电流表指针调零。 ②闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为25V（等于额定电压），记下此时对应的电流表示数 ， 将U、 记录在表格中； ③闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为20V（低于额定电压），记下此时对应的电流表示数， 分别将U、 记录在表格中； ④闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为28V（略高于额定电压），记下此时对应的电流表示数， 分别将U、 记录在表格中。 学习目标 1 预习导学 02 4 数据记录及计算： 次数 电压U/V 电流/ 电功率P/ 发光情况 1 25 2 20 3 28 5 绘制小灯泡的-U 图像： 6 结论： （1）小灯泡的额定功率为：P=U=25V× = ； （2）小灯泡的实际电功率随两端的电压增大而增大； （3）小灯泡的亮度取决于灯泡的实际电功率，实际电功率越大，小灯越亮； （4）通过图像发现：通过小灯的电流与电压并不成正比，原因是小灯的电阻随着温度的升高而增大。 二、额定电压、额定功率、实际电压、实际功率： 1 额定电压：用电器 正常工作 时的电压。（此时的电流叫额定电流） 2 额定功率：用电器在 额定电压 下的功率： P额=U额I 额= U 额2 R 某灯泡上标有“PZ22-25”字样分别表示： PZ：普通照明，额定电压220V，额定功率25 的灯泡。 若知该灯“正常发光”可知：该灯额定电压为220V，额定功率25， 则额定电流： I= P U = 011 ，灯丝阻值： R= U 额2 P = 1936 Ω。 3 实际功率：用电器在实际电压下的功率： 当用电器的电阻不变时： R= U 额 2 P额 = U 实 2 P实；可得： P实=（ U 实 U 额 ） 2P额 4 用电器在实际电压与额定电压时的工作情况对比： ①当 U 实=U 额时，P实=P额，用电器正常工作（灯正常发光）； ②当 U 实<U 额时，P实<P额，用电器不能正常工作（灯光暗淡）； ③当 U 实>U 额时，P实>P额，用电器不能正常工作（灯光较亮），有时会损坏用电器； 5 灯L1“220V 100”，灯L2“220V 25”相比较而言，L1灯丝粗短，L2灯丝细长。 判断灯丝电阻口诀：“大功率：粗短，小功率：细长”（U 额相同） 两灯串联时，灯L2亮，两灯并联时，灯L1亮； 判断哪个灯亮的口诀“串小（功率）并大” （U 额 相同） 5“1 千瓦时”的规定：1k 的用电器工作1 消耗的电能。 6 灯泡的实际功率越大，发光越亮。 知识点一：实验 【探究重点】 （一) 注意事项 1、电源电压应高于小灯泡的额定电压。 2、电压表的量程应大于小灯泡的额定电压。 3、滑动电阻器允许通过的最大电流要大于小灯泡的额定电流，滑动变阻器的最大阻值应与小灯泡的电阻差不 多，以使滑动变阻器的调压效果明显。 4、滑动变阻器应采用“一上一下”的连接方法。 5、电压表和电流表要注意“+”“-”接线柱的接法正确。 6、调节小灯泡两端的电压高于额定电压时，要注意缓慢移动滑动变阻器滑片，实际电压不能超过额定电压的 12 倍，同时通电时间不能过长，否则容易烧坏小灯泡。 7、不能把三次的电功率求平均值，因为这三次的电功率是不同电压下的电功率。 （二）易错点提示 1 连接电路时，电压表的量程要参照小灯泡的额定电压来选择，电流表的量程应根据灯泡的额定电流来选择，如果 灯泡的额定电压或电流未知，则要采用试触的方法判断。 2 连接电路时，开关要断开，防止由于电路连接错误而发生短路，损坏电流表。 3 闭合开关前，要将滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置，以防止电路中电流过大，其保护电路作用。 4 灯泡额定功率不能求平均值，因为灯泡只有在额定电压下的功率才是额定功率，额定功率只有一个。 （三）伏安法测小灯泡电功率与伏安法测电阻阻值的异同。 相同点：①实验电路基本相同，可采用同一电路；②实验方法相同，都是伏安法；③测量的物理量相同，都 测量电流和电压U。 探究提升 03 不同点：①实验原理不同，测小灯泡电功率的实验原理 ，测电阻阻值的实验原理是 ；②数据处理方 式不同，测电阻阻值时需要多次测量，最后求平均值以减小实验误差，而测小灯泡电功率时也需要多次测量，但 不能用来求平均值，而是寻找不同电压下的电功率有什么规律。 【例题精讲】（多选）1．（2023•滨州）某小组在测量标有“028”字样小灯泡电功率的实验中，发现电压表只有0 ～3V 量程完好。正确连接电路，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，测得三组数据记录在表一中。同学们思路点 拨数据，发现小灯泡不能正常发光。讨论后重新连接电路，再次测得三组数据记录在表二中。下列思路点拨正 确的是（ ） 表一 实验序 号 电压表示数U/V 电流表示数/ 1 15 016 2 25 022 3 3 024 表二 实验序号 电压表示数U/V 电流表示数/ 4 3 024 5 22 028 6 15 030 ．电源电压为6V B．小灯泡的额定电压为3V ．小灯泡正常发光时的电阻为20Ω D．小灯泡正常发光消耗的电功率为1064 【答】D 【思路点拨】用伏安法测量灯泡电功率的实验中，思路点拨数据，表一在通过小灯泡的电流逐渐增大时，电压 表示数在逐渐增大，表二在通过小灯泡的电流逐渐增大时，电压表示数在逐渐减小，原因是表一是实验过程中 将电压表并接在了小灯泡两端记录所得数据，表二是实验过程中将电压表并接在了滑动变阻器两端记录所得数 据。 【解析】用伏安法测量灯泡电功率的实验中，将灯泡与滑动变阻器串联接入电路，表一在通过小灯泡的电流逐 渐增大时，电压表示数在逐渐增大，表二在通过小灯泡的电流逐渐增大时，电压表示数在逐渐减小，由小灯泡 的阻值随温度的升高而增大，在实验过程中小灯泡的温度越来越高，小灯泡电阻在逐渐变大，可知：表一是实 验过程中将电压表并接在了小灯泡两端记录所得数据，表二是实验过程中将电压表并接在了滑动变阻器两端记 录所得数据。 、结合表一、表二在电流表示数为024 时，电压表示数分别为3V、3V，由串联电路的电压规律可知电源电压U ＝3V+3V＝6V，故正确； B、由题知，小灯泡的额定电流为028，对应表二电压表示数为22V，可知小灯泡的额定电压为6V 22V ﹣ ＝ 38V，故B 错误； 、由欧姆定律＝ 可知，正常发光时，小灯泡的电阻R＝ ＝ ≈136Ω，故错误； D、小灯泡正常发光消耗的电功率P＝U＝38V×028＝1064，故D 正确。 故选：D。 【点评】本题考查测量灯泡电功率的实验中，小灯泡的阻值随温度的升高而增大，电功率的计算。 【巩固训练】2．（2023•哈尔滨）小明用如图甲所示器材做“测量小灯泡电功率”的实验，电源电压约为45V 且 恒定不变，小灯泡上标有“ 38V” 的字样，电压表只有 0 ～3V 量程可用。 （1）连接电路时开关需要 。 （2）图甲的电路还差最后一根导线，请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整，连好就通电实验。 （3）接下来小明为准确测出小灯泡的额定功率，实验步骤如下： ①调节滑动变阻器滑片，使电压表的示数为3V，然后断开开关，将电压表并联在滑动变阻器两端。 ②保持滑片位置不动，再次闭合开关后，观察电压表并继续移动滑片，直至电压表示数 ，读出此时电流表 示数如图乙所示，此时电流为 。 ③小灯泡额定功率为 。 【答】（1）断开；（2）见解析图；（3）②38V；03；③114。 【解析】（1）为保证器材安全，连接电路时开关需要断开； （2）连好就通电实验，则连入时应使滑动变阻器位于最大处，应连接右下接线柱，如图所示： （3）②小灯泡的额定电压为38V，第①步操作已经使小灯泡的电压到达3V，滑动变阻器与小灯泡串联，移动 滑动变阻器滑片时，滑动变阻器减小的电压值等于小灯泡增加的电压值，故观察电压表并继续移动滑片，直至 电压表示数减小08V，此时小灯泡两端的电压增加08V，达到额定电压38V； 电流表选择的时0～06 的量程，故此时的读数为03； ③小灯泡额定功率：P＝U＝38V×03＝114。 1．（2023•道里区一模）如图是“测量额电压为25V 小灯泡的额定功率”的实验电路图。在这个实验的具 体操作中，手和眼睛最合理的分工应该是（ ） ．手从右向左移动变阻器的滑片，眼睛观察电压表的示数 B．手从右向左移动变阻器的滑片，眼睛观察电流表的示数 ．手从左向右移动变阻器的滑片，眼睛观察电压表的示数 D．手从左向右移动变阻器的滑片，眼睛观察电流表的示数 【答】 【解析】闭合开关前，滑动变阻器是移动到阻值最大值处，所以在测量小灯泡的额定功率的实验中，手移动滑 动变阻器的滑片，使它从阻值最大处逐渐减小，眼睛注意观察电压表，让加在灯泡两端的电压达到额定电压。 故符合题意，BD 不符合题意。 故选：。 二．实验探究题（共7 小题） 强化训练 040 2．（2023•太原模拟）为测量额定电压为25V 的小灯泡发光时的电阻，小青连接好图甲所示电路，闭合开关后， 发现电流表、电压表指针只有较小幅度的偏转且小灯泡不亮；解决上述问题后，接着移动滑动变阻器的滑片测 得相应的数据并绘制了图乙所示的﹣U 图象；在完成以上实验后，小青还想测量另一个额定电压为38V 的小灯 泡的额定功率，但该电压表“0～15V”量程已损坏，只有“0～3V”量程可用，在只更换小灯泡，其它器材不变 的情况下，他重新设计电路并完成了实验。请你解析： （1）用笔画线代替导线将实物图连接完整（要求：当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小）； （2）电流表、电压表指针只有较小幅度的偏转且小灯泡不亮的原因是 ； （3）计算小灯泡正常发光时电阻为 Ω，图象呈曲线的原因是 ； （4）将重新设计的电路图画在图丙的虚线框中。 【答】（1）见解析图；（2）滑动变阻器的滑片在最大阻值处；（3）10；灯丝电阻随温度的升高而增大； （4）见解析图。 【解析】（1）测量小灯泡的电阻实验中，电压表并联在电路中，额定电压为25V，则电压表应选择小量程；当 滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，故滑动变阻器选用右下接线柱与电源串联；如图所示： （2）电流表和电压表指针都有较小的偏转，说明电路为通路，灯泡也没有短路；小灯泡不亮，说明滑动变阻器 的滑片在最大阻值处，电路中电流过小，灯的实际功率太小； （3）由图乙可知，小灯泡正常发光时的电流＝025， 则小灯泡正常发光时的电阻为：R＝ ＝ ＝10Ω； 由于灯丝电阻随温度的升高而增大，所以图象呈曲线； （4）由实物图可知，电路图如下： 故答为：（1）见解析图；（2）滑动变阻器的滑片在最大阻值处；（3）10；灯丝电阻随温度的升高而增大； （4）见解析图。 3．（2023•建湖县校级三模）小明在做“测定小灯泡电阻”的实验时，小灯泡的额定电压U 额＝25V，电源由两节 新干电池串联组成。 （1）请用笔画线代替导线，将如图甲所示的实物电路连接完整，要求滑片向右移动时灯泡变亮，电流表接小量 程。 （2）电路连接好后，闭合开关，小明发现电流表指针几乎不动，电压表示数接近电源电压，检查所有接线柱都 接触良好。当把开关与电压表之间的导线的一端从电压表的负接线柱改接到灯泡的左接线柱时，灯亮且电流表 有示数了，但电压表无示数，则原电路故障应该是 。 次数电压U/V 电流/ 电阻R/Ω 1 25 2 036 3 06 028 （3）排除问题后小明继续进行实验，记录的部分数据如表所示，其中第1 次实验小灯泡正常发光时电流表的示 数如图乙所示，则小灯泡正常发光时的电阻是 Ω；第2 次实验时，小明需要将滑片向 （左/右）移动， 才能使电压表的示数如图丙所示。 （4）小明根据所测数据计算出小灯泡的电阻不是一个定值，原因可能是 。 （5）完成上述实验后小明进一步思考，提出问题：在没有电流表的情况下能否测量小灯泡的额定功率呢？他利 用一个阻值为R0的定值电阻设计的电路如图丁所示。 ①调节滑动变阻器滑片使电压表示数为U 额＝25V； ②接着保持滑片位置不变，将电压表 （/B）点的接线改接到点，记录电压表示数为U； ③小灯泡额定功率P＝ （用已知量和测量量的符号表示）。 ④根据电路及各元件的规格判断，定值电阻R0的阻值可能是 Ω。（08/8/18） 【答】（1）见上图；（2）连接灯泡的左接线柱与电压表的负接线柱的导线断路；（3）5；左；（4）灯泡的电 阻随温度的升高而增大；（5）②B；③ ；④ 。 【解析】（1）滑片向右移动时灯泡变亮，滑动变阻器接入电路的电阻变小，则滑动变阻器选择右下接线柱串联 接入电路，电流表接小量程，如图： ； （2）电路连接好后，闭合开关，发现电流表指针几乎不动，说明电路断路，电压表示数接近电源电压，则电压 表串联接入电路，即与电压表并联部分电路断路，可能的故障是小灯泡断路；当把开关与电压表之间的导线的 一端从电压表的负接线柱改接到灯泡的左接线柱时，灯亮且电流表有示数了，但电压表无示数，则原电路故障 应该是连接灯泡的左接线柱与电压表的负接线柱的导线断路； （3）电流表接入电路的是小量程，分度值为002，示数为05， 由表知，灯泡正常发光时灯泡两端的电压为25V，根据欧姆定律可得此时灯泡的电阻：R＝ ＝5Ω； 电压表接入电路的是小量程，分度值为01V，示数为15V，根据串联电路电压规律可知需增大滑动变阻器两端 的电压，根据串联分压原理可知需增大滑动变阻器接入电路的阻值，所以第2 次实验时，需要将滑片向左移动； （4）小灯泡的电阻不是一个定值，灯泡的电阻随温度的升高而增大； （5）①灯泡、滑动变阻器、定值电阻串联接入电路，电压表测灯泡两端的电压，调节滑动变阻器滑片使电压 表示数为25V，此时灯泡正常发光； ②接着保持滑片位置不变，将电压表B 点的接线改接到点，电压表测定值电阻和灯泡两端的电压，记录电压表 示数为U； ③根据串联电路电压规律可得定值电阻两端的电压：U0＝U U ﹣ 额＝U 25V ﹣ ， 串联电路各处电流相等，通过电路的电流：＝ ， 小灯泡额定功率P＝U 额＝ ； ④根据欧姆定律得，则小灯泡正常发光时的电阻为：R＝ 。 故答为：（1）见上图；（2）连接灯泡的左接线柱与电压表的负接线柱的导线断路；（3）5；左；（4）灯泡的 电阻随温度的升高而增大；（5）②B；③ ；④ 。 4．（2023•海门市二模）有一个标有“25V”字样的小灯泡L1（阻值约为10Ω）和一个阻值未知的定值电阻Rx，要 求测出小灯泡L1的额定功率和Rx的阻值，电源电压恒定。 （1）如图甲是小明用伏安法测量小灯泡L1额定功率的实物图。 ①图甲中有一根导线连接错误，请在该导线上画“×”（表示不要），并重新画一根正确连接的导线。 ②改正电路后，正确操作。当电压表示数是25V，电流表示数如图乙所示是 034 ，则小灯泡的额定功率是 085 。 （2）小红利用图丙所示电路，也能测出Rx的阻值。其中R 为定值电阻，R'为电阻箱请在空白处填上适当内容。 ①闭合开关前，将滑动变阻器的滑片滑到 b 端（选填“”、“b”），电阻箱调为某一阻值为R1； ②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，使电压表和电流表的示数为合适的值； ③断开开关，再将电压表与待测电阻端间的导线改接到D 端（图中虚线所示），闭合开关，反复调节 滑动 变阻器和 R' ，使两表的示数与②中相同，记录此时电阻箱的示数为04R1，断开开关； ④则待测电阻的阻值Rx＝ R 1 R ﹣ 2 。（用已知量或测量量的符号表示） 【答】（1）①如图；②034；085；（2）①b；③滑动变阻器和R'；④R1 R ﹣ 2。 【解析】（1）①原电路图中，电流表与灯泡并联，电压表串联在电路中是错误的；电流表应与灯泡串联，电 压表应并联在灯泡两端，如下图所示： ②由图甲可知，电流表选用小量程；改正电路后，正确操作，当电压表示数是25V，电流表示数如图乙所示， 电流表分度值002，其示数为034， 小灯泡额定功率为：P＝U＝25V×034＝085； （2）①闭合开关前，将滑动变阻器的滑片滑到b 端，电阻箱调为某一阻值为R1； ②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，使电压表和电流表的示数为合适的值，此时所有电阻串联接入电路， 电压表测电阻箱和定值电阻两端的电压； ③断开开关，再将电压表与待测电阻端间的导线改接到D 端（图中虚线所示），闭合开关，此时电压表测电阻 箱、定值电阻、待测电阻两端的电压，反复调节滑动变阻器和R'，使两表的示数与②中相同，记录此时电阻箱 的阻值R2，断开开关； ④根据欧姆定律可知R1+R＝R2+R+Rx，则电阻箱减少的电阻就等于待测电阻Rx的阻值，根据等效替代法可知 Rx＝R1 R ﹣ 2。 故答为：（1）①如图；②034；085；（2）①b；③滑动变阻器和R'；④R1 R ﹣ 2。 5．（2023•雨花区校级二模）在“测量小灯泡的电功率”的实验中，电源电压6V 恒定不变，小灯泡的额定电压为 25V（电阻约为 8Ω）。 （1）请用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整（要求：滑动变阻器滑片向左移动时灯泡变亮）。 （2）闭合开关，发现灯泡不亮，移动滑片灯泡仍不亮，突然小福手中的笔掉到桌上，灯泡亮了，小福敲了几下 桌子，灯泡又熄灭了，出现这种故障的原因是 。 ．开关短路 B．灯泡短路 ．电压表断路 D．灯泡接触不良 （3）排除故障，再次闭合开关，移动滑片，当电压表的示数为25V 时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数 如图乙所示。 （4）小福继续移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数为032 时，电压表的示数可能为 （选填字母序号）。 ．24V B．26V ．28V 【答】（1）见解析图；（2）D；（4）。 【解析】（1）滑动变阻器滑片向左移动时灯泡变亮，说明电路中电流变大，滑动变阻器阻值变小，故滑动变阻 器选用左下接线柱与灯泡串联在电路中，如下图所示： ； （2）闭合开关，发现灯泡不亮，移动滑片灯泡仍不亮，说明电路可能断路；突然小福手中的笔掉到桌上，灯泡 亮了，小福敲了几下桌子，灯泡又熄灭了，说明灯