61讲 电学专有讲义（师生版） 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共137 页 初中物理自主招生讲义61 1 ．实验测量小灯泡的电功率 【知识点的认识】 （1）实验室里通常根据电功率的计算公式P＝U 测量电功率。 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P＝ 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。 （2）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。 （3）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。 【解题方法点拨】 伏安法测电功率的实验器材：电源、电压表、电流表、滑动变阻器、小灯泡、灯座、开 关、导线若干。 选择器材的规格时要注意： ①电源电压要适当大于小灯泡的额定电压。 ②电压表、电流表量程要满足测量需要。 ③滑动变阻器允许通过的电流要大于小灯泡正常发光时的电流，最大阻值与小灯泡的电阻 第1 页/ 共137 页 差不多即可。 【命题方向】 第一类常考题： “ ” 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）连接电路时开关应 断开 ，电流表的量程应选0～ 06 。 （2）请你用笔画线代替导线，将图1 中的实物电路连接完整。 （3）闭合开关前，图2 中滑动变阻器的滑片P 应位于 “” “ 选填 或B”）端。 （4）小叶同学闭合开关，移动滑片P 到某一点时，电压表示数（如图2 所示）为 22 V，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图1 中滑片P 向 B “” “ 选填 或B”）端移动，使 电压表的示数为25V。 （5）小向同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图3 所示的 ﹣U 图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是 05 。 （6）小勇同学在实验中连接好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不 亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是 灯丝断了 （写出一种即可）。 分析：从保护电路（用电器）出发，确定开关状态和闭合开关前滑片所处位置；知道小灯 泡的大体阻值可确定所用量程及实物图的连接；由U﹣图象提供信息算出额定功率。 解：（1）为保护电路，连接电路时，开关要断开，闭合开关前滑片P 应处于连入阻值最大 处（端）， 第1 页/ 共137 页 （2）电路图连接如图所示： ； （3）因为灯正常发光时：＝ ≈ ＝025，所以选0 06 ﹣ 量程。 （4）由图读数灯两端电压为22V，要使之变大为25V，就要使滑动变阻器两端电压减小， 连入电阻减小，所以要向B 移动滑片。 （5）由U﹣图象可得：P＝U＝25V×02＝05。 （6）电压表有示数，说明问题出在电压表两接线柱之间的电路，短路不对（这样电压表示 数为0），只能是开路：小灯泡灯丝断了。 点评：从U﹣图象可以得出的信息：知道一定电压下的通过导体电流可以求导体电阻，同 时也可求电功率。 第二类常考题： 小宇同学思考能不能只用一只电表测出小灯泡的电功率，他设计了下列四个电路图。图中 的电源电压U 保持不变，小灯泡的额定电压为U0，且U＞U0，定值电阻的阻值为R．在不 改变电路连接的情况下，能测出小灯泡额定功率的是（ ） ． B ． ． D ． 分析：小灯泡的额定功率等于额定电压和额定电流的乘积，小灯泡的额定电压U0已知，关 键是测出额定电流。可以不考虑S1和滑动变电阻的作用，假设都是闭合状态，分别分析每 个电路的开关及电流表和电压表的关系，看哪一个电路图能测量出灯泡的额定电流。 第1 页/ 共137 页 解：、S2闭合S3断开时，电流表把灯泡短路，灯泡不发光；S2断开S3闭合时，电流表把电 阻短路；两个都闭合或断开时，电流表均无示数。测不出灯泡的额定电流，故不符合题 意； B、S2闭合S3断开，电压表测电灯两端的电压，其上端为正接线柱、下端为负接线柱；S3 闭合S2断开，电压表测定值电阻R 两端的电压，其上端为负接线柱，下端为正接线柱；电 压表的两次接线方法相反，在不改变电路连接方式的情况下，无法进行测量，故不合题 意； 、开关处于1 的位置，电压表测量的是灯泡和电阻串联后的两端电压U；开关处于2 的位 置，电压表测量的是灯泡的两端电压U0，则小灯泡的电流为＝ ，小灯泡的额定功率 表达式是P＝U0＝ U0，故符合题意； D、开关处于1 的位置，电流表把灯泡和电阻短路，电流表测量滑动电阻的电流；开关处 于2 的位置，电流表把小灯泡短路，测量的是通过电阻的电流。测不出灯泡的额定电流， 该不符合题意。 故选。 点评：本题考查了测灯泡额定功率问题，分析电路图，判断能不能测出灯泡正常发光时流 过它的电流是解题的关键；分析开关闭合与断开时电路的连接情况，综合性较强，很容易 出错。【知识点的认识】 提出问题：我们已经用电压表、电流表间接测量过小灯泡的电阻了，你能设计一个方法来 测量出小灯泡的电功率吗？怎样测量？ 实验设计： 1．实验原理P＝U 根据P＝U 可知，只要用电压表（伏特表）测出小灯泡两端的电压、用电流表（安培表） 测出通过小灯泡的电流，就可以间接测量出小灯泡的电功率了．即用伏安法测小灯泡的电 功率．为了测量不同电压下的电功率，我们要用串联滑动变阻器的办法，来控制加在灯泡 两端的电压． 2．实验器材：电源、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器． 第1 页/ 共137 页 3．实验电路：若所用小灯泡的额定电压是25V，要测出小灯泡的功率，至少需要两节干电 池（3V）作电源，电路图和实物电路图设计如图甲乙所示． 实验步骤： （1）按电路图连接实物图，将滑动变阻器的滑片滑到阻值最大（右）端； （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． （3）调节滑动变阻器的滑片，分别使电压表的示数低于2．SV、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． （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． U 实/V 电压/V 电流/ 电功率/ 灯泡亮度 U 实＝U 额 25 03 075 正常发光 U 实＞U 额 3 036 108 较亮 U 实＜U 额 2 024 048 较暗 实验分析：（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． 【解题方法点拨】 （1）伏安法测小灯泡电功率的实验中，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； 第1 页/ 共137 页 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． （2）实验过程中的注意事项： ①连接电路时开关一定要断开，并且滑动变阻器的滑片应滑到阻值最大处，以保护电路． ②电压表和电流表的量程，应大于小灯泡的额定电压和额定电流，以免烧坏电表． ③滑动变阻器的选择：通过它的最大电流应大于灯泡的额定电流，它的最大阻值应使连入 它后电路的电流不超过灯泡的额定电流太大，最好和灯泡的电阻大致差不多，这样调节效 果更明显． ④在移动滑动变阻器的滑片使小灯泡两端电压高于额定电压时要注意，实际电压不能超过 额定电压的12 倍，同时时间不能过长，否则易烧坏灯泡． 【命题方向】 测量小灯泡的电功率的综合实验是中考的主要命题方式． “ ” 例：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）连接电路时开关应 断开 ，电流表的量程应选0～ 06 ． （2）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整． （3）闭合开关前，图甲中滑动变阻器的滑片P 应位于 “” “ （选填 或B”）端． （4）小叶同学闭合开关，移动滑片P 到某一点时，电压表示数（如图乙所示）为 22 V，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P 向 B “” “ （选填 或B”）端移动， 使电压表的示数为25V． （5）小向同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的 ﹣U 图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是 05 ． 分析：（1）为保证安全，连接电路时，开关应断开；电流表的量程根据灯泡规格确定． （2 “ ）连接实物图时，应注意电流表、电压表量程及电流方向，滑动变阻器要采用一上一 ” 下的接法； （3）为保护电路，闭合开关之前，滑动变阻器接入电路的阻值应最大； 第1 页/ 共137 页 （4）读取电压表示数时，注意选择的量程和对应的分度值；要测量灯泡的额定功率，两端 电压应该为额定电压． （5）已知额定电压和正常工作电流，利用P＝U 计算灯泡的额定功率． 解： （1）连接电路时，开关S 应处于断开状态． 灯泡正常发光时，通过的电流为＝ ＝ ＝025，所以电流表选择0～06 量程． （2 “ ）电路大部分连接完成，由上面知道了选择的电流表的量程，只要将电流表的06”与灯 泡左侧的接线柱连接即可． （3）为使滑动变阻器接入电路的电阻最大，应该使滑片位于距离B 接线柱最远的位置， 也就是处于端． （4）电压表的示数为22V，要测量小灯泡的额定功率，应使电路电流变大，滑动变阻器阻 值变小，由电路图知滑片应向B 滑动． （5）由图象知U＝25V 时，＝02，则小灯泡的额定功率P＝U＝25V×02＝05． 故答为： （1）断开；06；（2）实物连接如下图： （3）；（4）22；B；（5）05． 点评：连接实物图时应注意：1、电压表、电流表的正负接线柱不要接反．2、注意电压 表、电流表的量程不要接错．3、滑动变阻器的分压与限流接法，滑片移动时阻值的变化应 符合题意要求．4、作图要美观，连线不要交叉． 一．实验测量小灯泡的电功率（共60 小题） 1 “ ” ．如图甲所示是测量小灯泡的电功率的实验电路，器材有：6V 电源一个，额定电压为 5V 的小灯泡（电阻约15Ω “ ）一个，电流表和电压表各一个，滑动变阻器50Ω 2”和滑动 变阻器B“10Ω 1”各一个，开关一个，导线若干。 第1 页/ 共137 页 （1 ）实验中为了测量更多的数据应选用的滑动变阻器是 “” “ （选填 或B”）； （2 ）如图乙所示是通过灯泡的电流跟两端电压的关系，小灯泡的额定功率为 ； （3 ）由图像可知，当灯泡两端的电压较小时，其阻值随电压增大 “ （填增 ” “ ” “ ” 大或减小或几乎不变）；电压较大时其阻值随电压增大而 “ （填增 ” “ ” “ ” 大或减小或几乎不变）。 2 “ ．在测定25V ” 小灯泡额定功率的实验中，电源电压恒定。 （1）某同学根据图所示电路进行实验。实验过程中，灯泡突然不亮，电流表、电压表 的示数都变为0．经检查，导线连接完好，则可能的故障是 。 ．灯泡处断路 B．滑片与变阻器电阻丝断开 （2）排除故障后继续进行实验。某时刻，电压表的示数为26V，现要测定小灯泡的额 定功率，应将滑片向 “ ” “ ” （填左或右）移动，直至电压表示数为 V，若此 时电流表示数为04，小灯泡的额定功率为 。 （3）根据电路图用笔画线代替导线将实物电路图补充完整。 3． 第1 页/ 共137 页 实验序号 电压表示数 电流表示数 小灯亮暗程度 1 13V 016 暗 2 25V 026 正常发光 3 45V 0 不发光 （1 “ ” ）某同学做测定小灯泡的功率实验，他所使用的小灯泡的额定电压可能 “ 是22V” “ 、25V” “ 或38V”。该同学正确连接好电路，闭合开关时记录了第1 组数据； 当小灯泡正常发光时记录了第2 组数据；把滑动变阻器滑片移到端点时小灯泡闪亮一 下，后熄灭，并记录了第3 组数据，如表所示。则他所用电源的电压为 V，所用 小灯泡的额定功率为 。 （2）在如图1 所示的电路中，标准电阻R0＝10kΩ，其阻值不随温度变化，R1为可变电 阻。电源电压U＝7V．电阻R 上的电压与电流的关系如图所示。当改变可变电阻R1， 使电阻R 和R0中消耗的电功率相等时，通过电阻R 的电流是 m；当R1＝0 时，这 时电阻R 两端的电压是 V。 4．小宝同学要测量一个小灯泡的电功率，已知电源电压是6V，小灯泡的额定电压是 25V，灯丝电阻大约为10Ω “ ，滑动变阻器的规格有10Ω 1”，B“20Ω 15” （1 ）为了测小灯泡的额定功率，滑动变阻器应选 “” “ （选填 或B”）。请用笔画 线代替导线帮小宝同学将图甲中的实物图连接完整，要求：滑片向右移动时灯变亮。 （2）故障排除后，为了测出小灯泡的额定功率，应调节滑动变阻器的滑片，使电压表 第1 页/ 共137 页 的示数为 V ，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 。 （3）为了考查同学们的能力，老师拿来了一个已知额定电流为02，但额定电压未知的 小灯泡，一个已知阻值为R 的电阻和两个开关S1、S2，利用上面的部分器材为同学们设 计了如图丙所示的电路来测量小灯泡的额定功率，请你将下列实验步骤补充完整； ① （填开关S、S1、S2 的通断情况），调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为 ； ②闭合开关S、S2，断开S1， “ ”“ （选填适当调节滑动变阻器的滑片 保持滑动变 ” 阻器的滑片不动），读出电压表的示数为U； ③灯泡额定功率的表达式为：P＝ 。 5．（1）小华利用如图甲所示的电路验证电功与电压的关系。 ①甲灯泡和乙灯泡工作时的电阻要 “ ” “ ” （选填相同或不同）。 ② 帮小华在图甲上补画导线，使其成为完整的实验电路。 ③正确连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，发现两灯泡始终不亮，且电 压表V1有示数、V2无示数，则出现故障的原因可能是 。 ④排除故障后，小华正确操作，验证了实验的结论。支持该结论的实验现象是：电压表 V2的示数较大，灯泡 “ ” “ ” （选填甲或乙）较亮。 （2 “ ）小明要测量标有03”字样的小灯泡的额定功率。现有器材：电压恒为5V 的电源， “ 一只电流表，标有20Ω 1” “ 的滑动变阻器和标有×Ω 1”的滑动变阻器B（阻值模糊不 清），实验过程如下： ①选用滑动变阻器，设计电路如图乙所示，正确连接电路，闭合开关，移动滑片，当电 流表示数为03 时，小灯泡正常发光。 ②断开开关，保持滑动变阻器的滑片位置不变，用滑动变阻器B 替换小灯泡后，再闭 合开关，调节滑动变阻器 的滑片，使电流表示数为03。 ③保持滑动变阻器 的滑片位置不变，把另一只滑动变阻器的滑片移到阻值 “ ” “ ” （选填最大或最小）端，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定电功率为 第1 页/ 共137 页 。 6 “ ” ．在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压恒为6V，小灯泡的额定电压为25V，正常 发光时灯丝电阻约为10Ω。 （1）请用笔画线代替导线在图甲中完成实物电路的连接； （2）同学们进行试触时，发现小灯泡不发光，电流表无示数，电压表有示数，则电路 中发生的故障可能是 “ ” “ ” “ （选填小灯泡断路、小灯泡短路或滑动变阻器处断 ” 路）； （3）某次实验中，同学们看到电压表示数为18V，要使灯泡L 正常发光应向 “” “ （选填 或B”）端移动滑片，当灯正常发光时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的 额定功率是 ； （4）在测量过程中，电流表和滑动变阻器不慎损坏，小梦撤去电流表，用一个电阻箱 代替滑动变阻器接入原电路中，也测出了小灯泡的额定功率，请你简要写出他的测量步 骤和额定电功率的表达式。 步骤：① ②表达式：P＝ 。 7．小王同学要测量额定电压为25V 的小灯泡电功率，阻值约为10Ω，已知电源电压为 45V。 （1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。 第1 页/ 共137 页 （2 ）开关闭合前小王发现电流表指针如图乙所示，原因是 ；该同学闭合开关 后，移动滑动变阻器的滑片，发现灯泡的亮度很暗且不变，可能的原因是 。 （3）小王同学在实验时，如果将电流表和小灯泡的位置交换了，其他连接正确，闭合 开关后出现的现象是 。 （4）小王同学从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡图像如图 丙所示，则小灯泡的额定功率 ，所用滑动变阻器的规格是下列选项中的 （选填字母）。 “5Ω 2” B“25Ω 2” “40Ω 2” D“50Ω 2” （5）在某次调节中，滑动变阻器接入电路的阻值减小了ΔR1，小灯泡的阻值变化了 ΔR2，则ΔR1 ΔR2 “ ” “ ” “ ” （选填＞、＜或＝），你的理由是： 。 8 “ ” ．某同学做测量小灯泡电功率实验。实验室有如下器材：电源（电压恒为6V）、小灯 泡（额定电压为25V，灯丝电阻约为10Ω）、电流表、电压表、开关各一个，滑动变阻 器一个，导线若干。 （1 ）如果电流表有示数，电压表无示数，则故障原因可能是小灯泡 。 （2）确定电路正确后，移动滑动变阻器滑片在不同位置，小灯泡U﹣图象如图乙所 示，当小灯泡正常发光时，小灯泡的额定功率为 。 （3）若将此小灯泡与75Ω 的定值电阻串联到电压恒为3V 的理想电源上，则小灯泡的 实际功率为 ，若将两个完全一样的该灯泡并联后再与75Ω 的定值电阻串联到电 压恒为3V 的理想电源上，则两个小灯泡的实际总功率为 。（结果均保留2 位有 效数字） 9 “ ” ．小明在进