22 伏安法测电功率实验专项突破中考物理34个典型突破1.docx
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22伏安法测电功率实验专项突破中考物理34个典型突破1
专题22伏安法测电功率实验专项突破
▲考点解读
【实验目的】
用伏安法测量小灯泡的电功率，进一步理解额定功率和实际功率的联系和区别。
【设计与进行实验】
1.实验器材：
电源、导线、开关、小灯泡（额定电压2.5V）、电流表、电压表、滑动变阻器；
2.实验原理：
3.实验步骤：
（1）将电压表和电流表指针调零，断开开关，按照电路图连接电路，将滑动变阻器滑片移到阻值最大处。
（2）闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数依次为2.5V、2V和3V，依次记下电压表示数U和对应的电流表示数I，分别将U、I记录在表格中；
（3）观察并比较三次小灯泡的发光情况，将现象记录在表格中。
【分析和结论】
（1）当
，灯泡正常发光；
（2）当
，灯泡发光较暗；
（3）当
，灯泡发光很亮；
【交流与讨论】
（1）滑动变阻器的作用：
保护电路、改变灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，从而改
变灯泡的电功率；
（2）连接电路前，开关应断开；闭合开关前，滑动变阻器应滑动到阻值最大处；
（3）电表量程及滑动变阻器规格的选取；
（4）使小灯泡正常发光的操作：
移动滑片，观察电压表示数，当电压表示数等于小灯泡额定电压时，小灯泡正常发光；
（5）动态电路分析；
（6）小灯泡的U－I图像不是直线（或不同电压下小灯泡电阻不同）的原因：
灯丝电阻随温度的升高而增大。
（7）灯泡亮暗程度与实际功率关系：
小灯泡的亮暗由小灯泡实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮；
（8）实验中改变小灯泡两端电压的方式：
通过移动滑动变阻器连入电路的阻值大小；
（9）伏安法测电阻和伏安法测电功率的异同点
相同点：
①实验电路相同；
②实验方法相同，都是伏安法；
③测量的物理量相同，都是测量电流和电压。
不同点：
①实验原理不同，测电阻的实验原理是
，测电功率的实验原理是
；
②实验数据处理方式不同，测电阻中，处理数据，多次测量求平均值减小实验误
差；而测电功率的实验中多次实验是寻找在不同电压下的实际电功率与灯泡亮
度之间关系。
（10）多次测量的目的
①在测量小灯泡电功率实验中，多次测量的目的是为了研究小灯泡的亮度（或电功率）与小灯泡两端电压的关系；
②在测量小灯泡电阻的实验中，多次测量的目的是研究小灯泡的电阻是否与温度有关；
③在测量定值电阻阻值的实验中，多次测量的目的是为了求平均值，以减小实验误差；
（11）不能用多次测量求电功率平均值作为小灯泡的额定功率的原因：
忽略了温度对小灯泡电阻的影响，即小灯泡两端电压改变，实际功率也改变；
（12）特殊法测电功率；
▲习题练习
1．课外兴趣小组活动时，某校两同学通过实验研究小灯泡的电功率跟两端电压的关系，已知小灯泡的额定电压为2.5伏、额定功率为0.75瓦。
小明同学设计了如图甲所示的电路进行研究，他先测出若干组电压和电流值，再由公式P＝UI，求得对应的功率，并作出功率随电压变化的图线a。
小红同学设计了如图乙所示的电路进行研究，她先由R＝
计算出小灯泡的电阻R，再测出若干个电压值，最后根据P＝
，求得对应的功率，也作出功率随电压变化的图线b。
则下列反映了他们的实验结果的图线是（ ）
A．
B．
C．
D．
【解析】
（1）∵P＝
，∴灯泡正常发光时的电阻R＝
＝
≈8.3Ù；
由题意知：
P甲＝
和P乙＝
，由此可见，
电功率P关于电压U的二次函数（跟y＝ax2+bx+c，且a＞0，b＝0，c＝0时相符合），
故图象是经过原点开口向上的抛物线，故CD错误。
（2）∵P甲＝
和P乙＝
，灯泡电阻R随温度升高而变大，
∴①当小灯泡两端电压U＜2.5V时，小灯泡在低于额定电压下工作，
它的电阻R＜8.3Ù，则P甲＞P乙，此时抛物线a在抛物线b的上方。
②当小灯泡两端电压U＝2.5V时，小灯泡在额定电压下工作，
它的电阻R＝8.3Ù，则P甲＝P乙＝0.75W，且此时两抛物线相交。
③当小灯泡两端电压U＞2.5V，小灯泡在高于额定电压下工作，
它的电阻R＞8.3Ù，则P甲＜P乙，此时抛物线a在抛物线b的下方。
综上所述，B图中的图线反映了他们的实验结果。
故选：
B。
2．将两只电压表按图所示电路连接。
“探究电功率与电压的关系”，下列说法错误的是（ ）
A．小灯泡的实际电功率可以通过灯泡的亮度来判断
B．选用的两只小灯泡规格必须相同
C．将小灯泡串联是为了控制通过灯泡的电流相同
D．将其中一只电压表移接到电源两端也可以完成实验
【解析】A、灯泡的亮暗取决于实际功率的大小，所以小灯泡的实际电功率可以通过灯泡的亮度来判断，故A正确；
B、探究电功率与电压的关系时，应控制电流相等，而两灯的电压不同，由欧姆定律可知两灯的电阻应不同，即两只小灯泡的规格不同，故B错误；
C、将小灯泡串联是为了控制通过灯泡的电流相同，故C正确；
D、探究电功率与电压的关系时，应控制电流相等，比较两灯的电压大小，若将其中一只电压表移接到电源两端，根据串联电压的规律可得出另一个灯的电压，所以也可以完成实验，故D正确。
故选：
B。
3．如图是“测量小灯泡的额定功率”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（ ）
A．手移动变阻器的滑片，眼睛观察变阻器的滑片的位置
B．手移动变阻器的滑片，眼睛观察小灯泡是否发光
C．手移动变阻器的滑片，眼睛观察电压表的示数
D．手移动变阻器的滑片，眼睛观察电流表的示数
【解析】按电路图连接电路，闭合开关之前，为保护电路，要求滑动变阻器的滑片在阻值最大处，闭合开关时，电压表的示数不一定等于小灯泡的额定电压，此时要通过调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压等于其额定电压，用手调节滑片，眼睛看着电压表的示数。
故选：
C。
二．填空题
4．小华在探究“小灯泡发光时的亮度与电功率的关系”的实验中，所用的电源电压是4V，小灯泡的额定电压是2.5V，小灯泡两端允许加的最大电压为额定电压的1.2倍。
小华同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成如图所示的图象。
根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是
瓦。
该图象不是直线，主要原因是 。
【解析】由题知，小灯泡的额定电压为2.5V，由图象知，当灯的电压是2.5V时，对应的电流值为0.2A，
所以灯泡的额定功率：
P＝UI＝2.5V×0.2A＝0.5W；
小灯泡的电流随电压变化的图象不是一条直线（不是正比例图线），说明小灯泡的电阻不是定值，那是因为灯泡电压越大，通过它的电流越大，其实际功率越大，温度越高，即灯丝的电阻随温度的升高而增大。
故答案为：
0.5；灯丝电阻随温度升高而增大。
5．在学习科技节上，甲、乙两组同学各自设计了一个灯泡和滑动变阻器串联的调光电路，同时还想研究灯泡亮度改变时电功率的变化情况。
老师提供的器材有：
两种规格的灯泡（一个字迹模糊，一个标有2.5V）、两种规格的滑动变阻器（“15Ù1A”、“25Ù2A”）、，电流表和电压表、开关、导线若干、电源（电压相等且保持不变）。
两组同学连接好电路后，调节滑片过程中电表示数都发生变化，当两组电路的灯泡都正常发光时，恰好滑动变阻器的阻值均为最大值的一半，电压表示数均为2.5V，电流表示数均为0.2A，并且甲组的灯泡比乙组的暗。
（1）请将图中甲组同学设计的电路图补充完整。
（2）在实验中，甲组同学选用的变阻器的规格为 （选填“15Ù1A”或“25Ù2A”），两组同学所使用的电压是 伏，甲组同学所测得的电功率为 瓦。
（写出计算过程。
）
【解析】
（1）由题意可知，“当两组电路的灯泡都正常发光时，恰好滑动变阻器的阻值均为最大值的一半，电压表示数均为2.5V，电流表示数均为0.2A”，则
U1＝
I＝
Ù×0.2A＝1.5V，
I＝
Ù×0.2A＝2.5V，
由此可知甲组同学选用的变阻器的规格为25Ù，2A，且电压表并联在滑动变阻器两端，电路图如图所示。
（2）由甲组同学选用的变阻器的规格为（25Ù，2A），可知，乙组同学选用的灯泡是2.5V，选用的变阻器的规格为15Ù，2A，
则由欧姆定律可知，乙组同学实验中，滑动变阻器两端电压为U1＝
I＝
Ù×0.2A＝1.5V，则电源电压U＝U1+U灯泡乙＝1.5V+2.5V＝4V，
甲组同学所测得的灯泡两端电压U灯泡甲＝U﹣U2＝4V﹣2.5V＝1.5V，
电功率P＝U灯泡甲I＝1.5V×0.2A＝0.3W。
故答案为：
（1）见下图：
（2）25Ù2A；4；0.3。
三．实验探究题
6．一只小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时的电流约为0.3A，小明想测量这个小灯泡的额定功率，实验室中有如下器材，一个电压表、一个电流表，一个开关，电源、滑动变阻器、导线若干。
电压U/V
1
2.5
2.8
电流I/A
0.18
0.28
（1）请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。
（2）电路正确连接后，闭合开关，发现小灯泡不亮。
电流表无示数，电压表有示数，出现这一故障的原因可能是 。
（3）排除故障后，进行了三次测量，测量数据如表。
当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，此时小灯泡的额定功率为 W。
（4）小明设计了如图丙的电路，测出了额定电流为I额的小灯泡L2的额定功率。
实验方案如下，（电源电压不变，滑动变阻器Rl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 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 。
（用I额、I1、I2、Rl、R2中的字母表示）。
【解析】
（1）变阻器按一上一下连入电路中，正常发光时的电流约为0.3A，故电流表选用小量程串联在电路中，小灯泡的额定电压为2.5V，故电压表选用小量程与灯并联，如下所示：
（2）电路正确连接后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电路可能断路，电压表有示数，则说明电压表与电源连通，出现这一故障的原因可能是灯泡断路；
（3）当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.26A，此时小灯泡的额定功率为：
P＝UI＝2.5V×0.26A＝0.65W；
（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′），
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•
。
故答案为：
（1）如上所示；
（2）灯泡断路；（3）0.65；（4）②R2；③P额＝I额2•
。
7．小虎利用如图甲所示的电路“探究小灯泡的亮度和电功率的关系”，已知小灯泡的额定电压为3.8V。
（1）如图甲，连接的电路有错误。
请你在错误连线上画“×”。
并用笔画出正确的导线。
（2）电路正确连接后，闭合开关发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来首先进行的操作是 。
A．检查滑动变阻器是否断路B．移动滑动变阻器的滑片
C．检查小灯泡是否断路D．检查开关是否接触良好
（3）实验过程中，当小灯泡正常发光时电流表示数如图乙所示，此时小灯泡的电阻为 Ù。
（4）如果该实验电源用干电池，至少需要 节干电池。
小虎设计了如下的实验表格。
正确完成实验后，可以得出的结论是 。
电压/V
0.8U额定
U额定
1.2U额定
电流/A
电功率/W
小灯泡的亮度
（5）小虎设计了A、B、C三种电路图，试图测量另一个小灯泡的额定功率（额定电压已知），其中R0为10Ù的定值电阻，S为单刀双掷开关（S可以连接“a”或“b”），则以下测量方案可行的是 （选填字母）。
【解析】
（1）如图甲，将变阻器的金属杆连入电路上是错误的，应按一上一下连入电路中，如下所示：
（2）电路正确连接后，电流表和电压表均有示数，电路为通路，发现小灯泡不亮，说明电路的电流过小，故接下来首先进行的操作是移动滑动变阻器的滑片，选B；
（3）实验过程中，当小灯泡正常发光时电流表示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.38A，由欧姆定律，此时小灯泡的电阻为：
R＝
＝
＝10Ù；
（4）1节干电池电压为1.5V，灯的额定电压为3.8V，从实验表格中可知，需要调节滑动变阻器使得灯泡两端的电压为1.2U额定，即1.2U额定＝1.2×3.8V＝4.56V，故至少需要4节干电池。
小虎设计了如下的实验表格。
正确完成实验后，可以得出的结论是灯的实际功率越大，灯越亮；
（5）A、S打到a，通过移动滑片的位置，使灯的电压为额定电压；保持滑片位置不动，S打到b
若该电路中没有电流表，电压表和定值电阻应起到测量电流的作用，故将灯与定值电阻串联后再与变阻器串联；
要测灯的额定功率，首先使灯正常发光，先将电压表与灯并联，通过移动滑片的位置，使灯的电压为额定电压；保持滑片位置不动，通过开关的转换，使电压表测灯与定值电阻的电压，因此时各电阻的大小和电压不变，灯仍正常工作，根据串联电路电压的规律，可求出此时定值电阻的电压，由欧姆定律可求出灯的额定电流，根据P＝UI可求出灯的额定功率；
B、要测灯的额定功率，应先使灯正常发光，在没有电压表的情况下，电流表与定值电阻R0应起到电压表的测量作用，故将R与电流表串联后再与灯并联，通过移动变阻器的滑片使电流表示数为I1＝
时，由并联电路电压的规律，灯的电压为额定电压，灯正常发光；
保持滑片位置不变，通过开关的转换，使电流表测灯与R0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灯的额定电流，根据P＝UI写出灯的额定功率的表达式，B可行；
C、无论S打到a或b，无法确定灯是否正常发光，C不可行。
故选A、B。
故答案为：
（1）如上所示；
（2）B；（3）10；（4）4；灯的实际功率越大，灯越亮；（5）A、B。
8．如图所示，图甲是测量额定电压为2.5V的小灯泡电功率的实验电路图。
（1）请用笔画线代替导线在图乙中完成实物电路的连接。
（2）闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到最 （选填“左”或“右”）端。
（3）闭合开关，调节滑动变阻器，改变小灯泡两端电压，同时读出通过小灯泡的电流，记录下每次电压和电流的测量值，并依据记录的实验数据，以电压为横坐标，电流为纵坐标，建立直角坐标系，用描点法得到小灯泡的I﹣U图象如图丙所示，该图象不是一条直线的原因是 。
（4）该小灯泡正常发光时的电流为0.48A，则其额定功率为 。
【解析】
（1）灯的额定电压为2.5V＜3V，故电压表选用小量程与灯并联，如下图所示：
（2）原电路中，变阻器滑片以左电阻丝与灯并联后再与变阻器滑片以右电阻丝串联，闭合开关前，为保护电路，灯的电压要最小，故需将滑动变阻器的滑片移到最左端（灯短路，灯的电压为0）；
（3）小灯泡的I﹣U图象如图丙所示，则灯的电阻不是定值，该图象不是一条直线的原因是：
小灯泡的电阻随温度的升高而增大；
（4）该小灯泡正常发光时的电流为0.48A，则其额定功率为：
P＝UI＝2.5V×0.48A＝1.2W。
故答案为：
（1）如上所示；
（2）左；（3）小灯泡的电阻随温度的升高而增大；（4）1.2W。
9．小东计划用电源电压为6V的学生电源，测量某小灯泡的额定电功率。
他观察到小灯泡标注的额定电压为2.5V，咨询老师得知小灯泡电阻约为10Ù．他找来了A、B两个不同规格的滑动变阻器，铭牌分别标有“10Ù 1A”和“50Ù 2A”字样。
（1）本实验中小东应该选择 （选填“A”或“B”）滑动变阻器；
（2）他连接了图甲所示的实验电路，其中滑动变阻器还没有接入电路。
若实现滑动变阻器滑片向左滑动时，小灯泡发光变亮，他应该接滑动变阻器的 （选填“a”或“b”）端。
（3）实验中，观察到小灯泡开始发光时，电压表的示数是1.0V．关于电压测量范围的选择有如下四种方案，则应该选用 方案。
甲：
1.0V、2.0V、3.0V乙：
1.0V、2.5V、4.0V
丙：
1.0V、1.2V、1.5V丁：
2.0V、2.5V、3.0V
（4）小灯泡发光后，在接下来的实验过程中，小东观察到当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图乙所示。
则小灯泡的额定功率为 W；
（5）请你帮助小东设计出本实验的数据记录表格；
（6）小东发现自家电动自行车上的照明灯是由很多个额定电压为3V的小LED灯组成的，而其中一个LED灯的亮度与实验所用小灯泡基本相同。
受以上实验启发，他想测量一个LED灯的额定功率。
在老师的帮助下，小东将电动自行车上的一个LED灯取下，并将所测电流与电压数据整理并绘制了如图丙所示的I﹣U图象。
请你根据图象所示，尝试通过计算与比较，说明通常LED灯比白炽灯耗电少的可能原因：
。
【解析】
（1）灯泡正常发光时，电路中的电流：
I＝
＝
＝0.25A；
则滑动变阻器两端的电压：
U滑＝U﹣UL＝6V﹣2.5V＝3.5V，
此时滑动变阻器接入电路的阻值为：
R滑＝
＝
＝14Ù，大于滑动变阻器“10Ù1A”的最大阻值，因此应选规格为“50Ù2A”的滑动变阻器；
（2）滑动变阻器滑片向左滑动时，小灯泡发光变亮，说明电路中电流变大，变阻器连入阻值变小，所以应将a接入电路中；
（3）要探究“小灯泡发光时的亮度与电功率的关系”，可以再稍增大灯两端的电压，取小于额定电压、等于额定电压、大于额定电压几个电压，实际功率将小于额电功率、等于额电功率、大于额电功率；甲丙方案没有在额定电压下；乙方案4V会烧坏灯；不可取，综合分析可知，应选用丁方案；
（4）当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，则小灯泡正常发光时通过灯丝的电流为0.28A，小灯泡的额定功率为：
P＝UI＝2.5V×0.26A＝0.65W；
（5）实验中需要测量灯泡两端的电压和通过灯泡的电流，然后根据P＝UI求出灯泡的电功率，表格如下：
U/V
I/A
P/W
（6）由图象丙知，当电压为3V时，电流为24mA＝0.024A，则P＝UI＝3V×0.024A＝0.072W；LED灯和亮度基本相同的小灯泡正常发光时的电功率0.65W比较后发现LED的额定功率低很多，所以在相同的工作时间的情况下，LED灯消耗电能更少。
故答案为：
（1）B；
（2）a；（3）丁；（4）0.65；（5）如上表；（6）计算小LED灯在3V时的电功率为0.072W，和亮度基本相同的小灯泡正常发光时的电功率0.65W比较后发现LED的额定功率低很多，所以在相同的工作时间的情况下，LED灯消耗电能更少。
10．物理兴趣小组的同学们在实验室发现了三种规格不同的小灯泡，上面分别标有“4V0.5A”，“6V0.6A”，“8V0.4A”的字样。
同学们想探究这三种灯泡正常发光时的亮度跟什么因素有关，经过讨论后他们提出了三种猜想：
①灯泡上标有的电压越大，灯泡就越亮；②灯泡上标有的电流越大，灯泡就越亮；③灯泡消耗的功率越大，灯泡就越亮为了验证上述猜想，同学们设计出了实验的电路图，如图甲所示。
于是他们找来了实验所需的器材，并动手连接电路。
（1）对照电路图用笔画线代替导线，将图乙的实验电路连接完整（电表量程的选择要符合实验的要求）。
（2）他们依次将三个不同规格的灯泡接入电路，都让其在正常发光的情况下，将实验数据和观察到的现象填入下面的表格中。
实验序号
U/V
I/A
灯泡亮度
1
4
0.5
较暗
2
6
0.6
最亮
3
8
0.4
较亮
对表格中的内容综合分析后，你认为猜想①是 的，其依据是比较表格中实验序号 得出的；猜想②是 的，其依据是比较表格中实验序号 得出的；猜想③是 的，理由是：
。
（3）通过实验同学们认为：
灯的亮度由灯的实际功率决定。
但根据生活经验有同学认为这个结论不准确，你能在生活中找到支持他观点的现象吗？
请简述：
。
怎样表述比较准确：
。
【解析】
（1）三种规格不同的小灯泡，上面分别标有“4V0.5A”，“6V0.6A”，“8V0.4A”的字样，可知灯的额定电压大于3V，故电压表选用大量程与灯并联，最大额定电流为0.6A，电流表选用小量程与灯串联，如下所示：
（2）对表格中的内容综合分析后，猜想①是错误的，其依据是比较表格中实验序号2、3得出，第3次电压比第2次电压大，8V＞6V，但第3次亮度比第2次暗，故比较2、3得出猜想①是错误的；
比较表格中实验序号1、3，0.5A＞0.4A，但第3次实验灯较亮，故比较实验序号1、3得出猜想②是错误的；
由表中数据，P1＝U1I1＝4V×0.5A＝2W；
P2＝U2I2＝6V×0.6A＝3.6W；
P3＝U3I3＝8V×0.4A＝3.2W；
第2次实验灯的功率最大，第1次实验的功率最小，结合灯的亮度，猜想③是正确的，理由是：
灯泡的亮度由灯泡的实际功率决定的，而实际功率等于电压和电流之积；
（3）通过实验同学们认为：
灯的亮度由灯的实际功率决定。
但根据生活经验有同学认为这个结论不准确，生活中找支持他观点的现象：
生活中同功率的LED灯比灯泡要亮得多；
正确的表达为：
同类型的灯泡亮度决定于灯的实际功率；
故答案为：
（1）如上所示；
（2）错误；2、3；错误；1、3；正确；灯泡的亮度由灯泡的实际功率决定的，而实际功率等于电压和电流之积；（3）生活中同功率的LED灯比灯泡要亮得多；同类型的灯泡亮度决定于灯的实际功率。
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