测量小灯泡的电功率教案 3.docx

测量小灯泡的电功率教案 3.docx

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测量小灯泡的电功率教案3

测量小灯泡的电功率

　　●教学目标

　　一、知识目标

　　1．通过学生自己设计实验，进一步加深对电功率概念的理解．

　　2．通过学生动手操作，巩固电流表和电压表的操作技能．

　　3．通过实验、比较，进一步理解额定功率和实际功率的区别．

　　二、能力目标

　　1．通过本节课培养学生依据实验原理设计实验方法的能力．

　　2．通过实验，培养学生的观察、实验能力及分析、概括能力．

　　三、德育目标

　　1．通过学习过程中的讨论和交流，培养学生合作学习的意识和态度．

　　2．通过实验中的观察和比较，培养学生实事求是的科学态度和良好的学习习惯．

　　●教学重点

　　会测定小灯泡的功率．

　　对实际功率和额定功率的理解．

　　●教学难点

　　电流表、电压表及滑动变阻器的正确使用．

　　●教学方法

　　实验法、观察法、讨论法．

　　●教具准备

　　电源（电池组）、电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡（带灯座）、开关、导线若干、投影仪．

　　●课时安排

　　1课时

　　●教学过程

　　一、引入新课

　　［师］同学们在上一章的第五节已经测量过小灯泡的电阻．还记得是怎么测的吗？

　　［生］利用电流表测出通过小灯泡的电流，再利用电压表测出了小灯泡两端的电压，然后利用欧姆定律I＝

的变形公式R＝

算出了小灯泡的电阻．

　　［生］为了测量更准确，还利用变阻器进行了多次测量，然后求平均值．

　　［师］同学们对学过的知识掌握得很好．我们在上节课刚学过了电功率，谁来说说？

　　［生］电功率是表示用电器消耗电能快慢的物理量．用电器在1s内消耗的电能叫用电器的电功率．

　　［师］电功率能测吗？

怎么测？

　　［生］可以利用电能表和钟表测．

　　［生］也可以利用公式P＝IU测出电压和电流，计算出电功率．

　　［师］如果我们要测“小灯泡”的电功率，用哪种方法呢？

　　［生］小灯泡不能接在家庭电路上，应该用第二种办法测．

　　二、进行新课

　　［想想议议］

　　［师］同学们能设计一个方案来测出小灯泡的功率吗？

　　（同学们已经有了一定的动手经验，并且急着参与，会非常肯定地回答：

能）

　　［师］大家一定还记得用电器在额定电压下工作时的功率叫（同学们一起说）额定功率．如果不是在额定电压下叫什么功率，你想要测量的是什么功率，明白了吗？

　　［投影］测量要求

　　分别测量以下三种情况下的实际功率．

（1）使小灯泡在额定电压下发光．

（2）使小灯泡两端电压是额定电压的1.2倍，并观察小灯泡亮度．

　　（3）使小灯泡两端电压低于额定电压，并观察小灯泡亮度．

　　［师］同学们现在可以设计实验，并做好记录．

　　（学生经过以前的探究活动，已能了解实验活动的基本程序，所以，不必过多讨论，用投影提醒学生即可）

　　［投影］

　　［设计实验］

　　●设计思想（实验原理）：

　　●实验电路：

　　●实验器材：

（注明使用器材规格）

　　●实验数据（记录）表格：

　　（教师巡视，及时指导．设计完成后，可以进行实验）

　　［进行实验］

　　●实验操作步骤：

　　●实验现象观察：

　　●实验数据记录：

　　●实验中存在什么问题：

　　（教师提醒学生做第

（2）个实验时，需小心调节滑动变阻器，以免实际电压超过额定电压，因电压过大而烧坏灯泡．在同学实验的过程中教师要认真巡视，及时指导）

　　［分析和论证］

　　［评估］

　　［交流］（实验报告）

　　实验结束，选择2～3组同学利用投影和大家交流．（要求同学配合投影上台讲解）

　　［投影］

　　第一组　实验报告

　　［题目］测量小灯泡的电功率

　　［实验目的］测量小灯泡在不同电压下工作时的电功率．

　　［实验原理］根据公式P＝UI，测出灯两端电压和通过灯泡电流，计算出小灯泡的电功率．

　　［实验电路］根据实验的目的和原理设计如下电路．

　　［说明］用电流表和电压表分别测出通过小灯泡的电流和其两端电压，因为要测量不同电压下的功率，所以电路中要接入滑动变阻器，用来改变小灯泡两端电压．

　　［实验器材］：

1．小灯泡：

额定电压________，

　　4．滑动变阻器：

最大阻值___________Ω，允许通过最大电流___________A．

　　5．电源___________V；6．开关；7．导线

　　［说明］电源的选择应考虑小灯泡的额定电压，选择大于小灯泡额定电压的1.2倍，但不能过大．

　　实验数据（记录）表格：

　　［实验步骤］

　　1．按电路图连接实物电路．

　　2．合上开关，调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压为额定电压，观察小灯泡发光情况，记录电流表、电压表示数．

　　3．调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压为额定电压值的1.2倍，观察灯泡发光情况，记录电流表、电压表示数．

　　4．调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压低于额定电压，观察并做记录．

　　5．断开开关，整理实验器材．

　　［说明］

　　1．按电路图连接实物电路时注意：

（1）连接过程中开关应始终处于断开状态．

（2）根据小灯泡的额定电压值，估计电路中电流、电压的最大值，选择合适的量程，并注意正负接线柱的连接及滑动变阻器正确接法．

　　（3）连接好以后，每个同样检查一遍，保证电路连接正确．

　　2．合上开关前，应检查滑动变阻器滑片是否在最大值的位置上，若不是，要弄清楚什么位置是最大位置并调整．

　　3．调节滑动变阻器的过程中，要首先明白向什么方向可以使变阻器阻值变大或变小，怎么调能使小灯泡两端电压变大或变小．

　　［实验结论］

　　由公式P＝IU计算小灯泡的功率．（将计算结果填入表中，通过分析和比较得出）

　　［结论］

（1）不同电压下，小灯泡的功率不同．实际电压越大，小灯泡功率越大．

（2）小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮．

　　［评估］

　　能想到问题，我们都考虑，基本上没有什么错误．

　　［师］我们这组同学非常自信．大家有什么问题可以互相交流，谈谈你在设计实验及实验过程中有什么新的感想，发现了什么问题？

　　［生］我们组认为实验中最容易出错的就是滑动变阻器，阻值最大的位置一错，滑动变阻器阻值就从你想的最大成为实际的最小．合上开关就容易使电表偏转过激．

　　［生］电流表、电压表的接线也很重要，如果接反了，表针“反打”也会损坏电表的．

　　［生］实际接线前可以先将实物按电路图中的位置摆放好，然后再连接，这样接起来不容易连接错，检查也容易．

　　［生］实验过程中，滑动变阻器开始在阻值最大的位置，调节的时候阻值从大到小，小灯泡两端的电压会从小变到大．测量时为什么不先测低于额定电压时的功率，依次测量等于额定电压和高于额定电压的功率，以免变阻器阻值一会儿变大，一会儿变小，还容易错？

　　［生］在不是额定电压下工作时，用电器的功率不是额定功率，该叫什么呢？

　　［师］同学们非常认真，非常棒．谁能来解释刚才那几个同学的两个问题呢？

　　［生］（同学讨论）不是额定电压和额定功率时就叫实际电压和实际功率就可以．

　　［生］我们认为先从低于额定电压开始测也不是不可以，但是先测额定电压更好．这样在观察小灯泡亮度时有明显的区分，容易观察．

　　…

　　［师］不知道那组同学对他们的解释满不满意，下去以后可以参照以前实验继续探讨．

　　［生］老师，我们发现今天测“小灯泡功率”的实验装置与上一章测“小灯泡电阻”时的装置一模一样．

　　［师］（教师表现很在意）是吗？

还有什么？

　　［生］测量的内容也一样，都是灯泡两端电压和通过小灯泡的电流．

　　［生］实验过程中的要求和注意的问题也基本一样…

　　［师］有不一样吗？

　　［生］两次测量的目的不同，上次是要测电阻，这次是要测功率．

　　［生］从今天的测量数据也可以算出小灯泡电阻．

　　［师］可以的话，大家算一下电阻．

　　［生］三次测量算出的电阻值基本相同，但有小的差别．将三次测量的值加起来算平均值就知道小灯泡的电阻了．

　　［师］大家都求出电阻了吗？

有没有新的发现？

　　［生］电阻可以求平均值，今天测的功率不能求平均值．

　　［生］上次多次测量是为了求平均值减小误差，这次是为了比较在不同电压下小灯泡的功率和发光情况．

　　［师］同学们分析的非常好，请同学们比较计算电阻的公式R＝

和计算电功率的公式：

P＝IU，式中的电流和电压相同吗？

　　［生］如果是同一次测量，就是同一个电流值和电压值．

　　［师］大家将式中的电流替换电压或用电压替换电流，看有什么结果．

　　学生板演：

P＝IU＝I2R＝

（R＝

＝

）

　　［师］同学们看变形出来的公式，有什么发现吗？

　　［生］额定电压下的功率就是额定功率，电灯铭牌上一般标的都有，就可以利用它们直接求小灯泡的电阻．

　　［生］如果知道小灯泡不是在额定电压下，而是在实际电压下工作时的实际功率．

　　…

　　［师］现在请同学们观察你手中的小灯泡上的额定值，求出小灯泡的电阻．再求出实际电压下电流值和功率值，和你测量的结果进行比较．如有误差，分析原因．（也可留在课后完成）

　　哪组同学认为你们的实验非常有特色，可以展示给大家，共同交流．

　　三、小结

　　通过本节课的实验，同学们进一步加深了对电功率的理解，巩固了电流表、电压表的操作技能，锻炼了设计实验的能力，希望同学们在课后能更充分交流，在相互交流中发现自己的不足甚至是错误，在不断改正错误的过程中学到更多知识．

　　四、动手动脑学物理

　　1．错误1：

滑动变阻器的接法错误，将变阻器的最大阻值连入了电路，失去改变电阻的作用，应该用“一上、一下”两个接线柱．

　　错误2：

电压表正负接线柱接反，合上开关时，电压表指针可能“反打”．

　　电路图

　　2．左→右依次是：

2.4V；0.6A；0.45W．

　　五、板书设计

　　［测量原理］P＝IU

　　［结论］小灯泡的发光情况由小灯泡的实际功率来决定，在额定电压下，小灯泡才能正常发光．

　　六、课后练习

　　1．为什么要强调小灯泡在额定电压下工作．

　　2．如图是某同学连接的测定额定电压为2.5V的小灯泡额定功率的实物接线图．指出图中接线的三处错误．

　　3．如图

（1）是“测定小灯泡功率”实验的电路图．图

（2）是连接不完整的实验电路，其中电源是三节新的干电池，灯泡的额定电压为3.8V，其灯丝电阻约为10Ω，滑动变阻器上标有“10Ω，1A”字样．

　　要求：

①对照电路图将图

（2）中未连接部分连接好．

　　②当闭合电路的开关时，电路中可能出现的不正常现象见下表．请参考下列选项，将表中空白部分补充完整．（填选项代号）

　　A．电路中e、f间短路

　　B．电路中e、f间断路

　　C．滑动变阻器连入电路中的电阻太小

　　③为了测出小灯泡的额定功率，应调节的元件是___________，使电压表示数为___________V，如果此时电流表示数如图，则该灯泡的额定功率为___________．

　　4．有“2.5V，1W”的小灯泡两只（L1、L2），“10Ω，1A”的滑动变阻器一个、开关两个、4.5V电源一个、两个电流表

和

的量程分别为0.3A和0.6A．电压表一只，量程为3V，根据下面所提出的要求画出电路图．

（1）S1、S2闭合，适当调节滑动变阻器后灯泡L1、L2能正常发光．

（2）不更改电路，只需断开或闭合开关S1、S2和调节滑动变阻器连入电路的电阻，就能分别测出在额定电压下灯泡L1、L2的功率和总功率．

　　（3）将一只合适的电流表接在干路上．

　　（4）滑动变阻器在连入电路时，连入电路中的电阻应为最大值．

　　5．要想测定小灯泡的额定功率，现有如下器材：

小灯泡（额定电压2.5V，允许通过最大电流0.4A），电流表（量程为0～0.6A和0～3A），电压表（量程为0～3V和0～15V），蓄电池两个（每个2V，两个串联），滑动变阻器（0～10Ω、1.5A），导线数条，开关一个．

（1）电流表的量程应选___________A，电压表的量程为___________V．

（2）利用现有器材设计实验电路，根据电路图，用笔画线代替导线，将图中的实验器材连成实物电路（导线不要交叉）．

　　（3）根据你所连电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应置于___________端．

　　（4）在测定小灯泡额定功率时，调节滑动变阻器应使电压表示数指到___________V．若此时电流表示数如下图，则小灯泡额定功率是___________W．

　　［参考答案］

　　1．如果低于额定电压，小灯泡很暗，不能发挥它应有的作用；如果高于额定电压，电灯泡又容易损坏．只有在额定电压下，小灯泡才能够正常发光．

　　2．错误1：

滑动变阻器接成了定值电阻，应选“一上、一下”两个接线柱．

　　错误2：

电流表正、负接线柱接反了．

　　错误3：

电压表量程选择太大了．

　　3．①连接图略

　　在连接的过程中要特别注意电压表、电流表量程的选择．灯泡额定电压为3.8V，所以电压表量程应大于3.8V，选0～15V档．当滑动变阻器阻值为零时，电路中电流最大为

V＝0.45A，所以电流表接入0～0.6A档即可．

　　②甲：

B；乙：

C；丙：

A

　　［分析］甲：

电流表示数为零，说明电流中无电流，电路处于开路状态；电压表有示数且等于电源电压，说明电压表和电源连接的部分没有断开．所以灯不亮，一定是e、f间断路，选B．

　　乙：

电灯很亮，且电压表示数说明灯两端电压超过了其额定电压，变阻器分压很小，说明变阻器接入电路的电阻很小，选C．

　　丙：

电流表有示数，说明电路中有电流，电路处于通路状态，电压表示数为零，且灯不亮，说明灯被短接，选A．

　　③滑动变阻器；3.8；0.532W或0.53W

　　4．［分析］每个实验都有其明确的实验目的，我们必须围绕这一目的，运用一定的物理规律和知识进行实验设计与思考，本题给我们提出了若干电学实验中经常遇到的问题．

（1）首先保证灯L1、L2在电路中均能正常发光即要求两灯必须在额定电压下工作．因此加在灯两端的电压为2.5V，电源电压为4.5V．所以两灯必须并联且要在电路中串入一个能分掉2V电压的分压电阻——滑动变阻器．

（2）题中要求不更改电路，能很方便地测出L1、L2的功率和总功率，必须充分利用开关控制接入电路的电灯，所以开关应分别与两灯串联，然后根据电流表的量程选择将电流表分别串入干路和另一条支路．这样可分别测出干路和支路电流，进而求出L1、L2的功率和总功率．滑动变阻器的作用①保护电路．②改变电路中电流（调节电压）．这两个作用也在本实验中充分体现了．

　　根据上述内容，画出电路图，如图所示

　　①闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器，观察电压表示数，使之为2.5V，再观察记录电流表

的示数．

　　②由

和V的示数．根据公式P＝IU求出L1的功率；用

示数减去

示数即为L2中流过的电流，用P＝IU再求L2的额定功率．

　　③由

和V的示数，求电路中的总功率．

　　5．

（1）0～0.6　0～3

　　因为小灯泡的额定电压为2.5V，允许通过的最大电流为0.4A，所以电压表量程应选0～3V．电流表量程选0～0.6A．

（2）实验电路和实物电路连接情况如下图．

　　（3）B．开关闭合时，应使滑动变阻器连入的电阻最大，即滑片应置于B端．

　　（4）2.5；0.75

　　因为小灯泡的额定电压为2.5V，所以改变滑动变阻器滑片位置，使电压表指针指到2.5V处，并读出电流表的指示值0.3A，那么小灯泡的额定功率P额＝U额×I额＝2.5V×0.3A＝0.75W．

　　●活动与探究

　　［课题］坏了的灯泡为什么更亮了？

　　［内容］测完小灯泡功率后，同学们知道了灯泡的亮度和它的实际功率有关系．这让一个同学想起了一件事：

他们家的一只灯泡有一天不亮了，爸爸把它取下来，看了看说灯丝断了，就随手放在了桌子上．同学也过去拿起来看了看．没断呀？

他就又小心地把灯泡装上了，打开开关，灯果然亮了，并且比原来还亮．爸爸看了一眼说了一句：

“过不了多久还得灭”．果然没多久，还是坏了．

　　［过程］听说了这样的问题，同学们一下兴奋了．经过讨论，同学们一致认为应该从下面几个方面找原因．

（1）灯丝断了，能再连上吗？

（2）断了的灯丝，如果再连上和原来的一样吗？

　　（3）再接上的灯为什么“好景不长”？

　　同学们开始分头活动．一部分同学去查资料，另一部分同学去找因灯丝断开而不同的灯泡做试验，看能不能再连在一起．

　　经过同学们的努力，大家发现：

（1）灯丝断开后，再连在一起时不是“连”而是“搭”在了一起，搭在一起后，灯丝没有原来的长．

（2）灯丝变短后，灯丝电阻会变小．

　　［结果］断丝“搭”上后，长度变短，电阻变小．因为电路电压不变，通过灯丝的电流变大了，因此实际消耗的功率P＝IU也变大了，也就比原来更亮了．

　　［分析］有的同学会想不通，灯泡断丝前后都在额定电压下，为什么消耗功率不同呢？

原来灯丝断后再搭上，灯泡的结构已经改变了，它的额定电压和额定功率也改变了，特别是它的额定电压和额定功率都变小了．而把它接入原来的电路中，实际电压已超过它新的额定电压，因此灯泡的实际功率比它的新额定功率大得多，往往“好景不长”很快又烧坏．

　　●备课资料

　　1．白炽灯的小知识

（1）白炽灯是怎样制成的？

　　白炽灯是美国发明家爱迪生发明的，它主要是利用了电流的热效应．灯丝采用熔点很高的钨丝制作，且要封在玻璃泡中，常绕成螺旋形状以减少散热，提高灯丝温度．电流通过灯丝时温度可达2000℃以上．为了防止钨丝在高温下氧化，一般将玻璃泡内抽成真空，60W以上的灯泡抽成真空后，将充入氮和氩（一种惰性气体），它们不仅不和钨丝发生化学变化，而且保证灯泡内有一定的压强，阻止钨丝原子的升华与扩散．

（2）为什么在开电灯时最容易烧坏灯丝？

　　白炽灯泡内的灯丝，是用很细的钨丝绕制成的．电灯正常工作时温度达到2000℃以上，虽然还达不到钨丝的熔点3370℃，但这样的高温却可以使钨丝表面的一部分原子蒸发出来．因此，灯泡用久后，玻璃泡会慢慢变黑，灯丝会慢慢变细，变得粗细不再那么均匀．由于导体的电阻与其横截面积有关，细的地方单位长度的电阻比粗的地方单位长度电阻大，由P＝I2R知，细的地方发热功率比粗的地方大，因此，越细的地方温度就越高．发热不均匀，不仅会使灯丝变形，而且还会使螺旋形的灯丝匝数的间距不均匀，从而导致发热更加不均匀，匝数越密的地方，温度越高．

　　对于大多数导体来说，电阻与温度有关．温度越高，电阻越大．电灯开启前，灯丝是冷的，它的电阻很小；在开灯的一瞬间，通过灯丝的电流很大，约是正常发光时电流的十倍左右．因此，开灯的一瞬间，灯丝的发热功率比正常发光时要大得多，这就有可能使变细、变密部分的灯丝温度达到或超过钨丝的熔点，致使灯丝被熔化．所以灯泡用久了，在开灯的时候，灯丝易从变细、变密的地方烧断．

　　2．电气化铁路小知识

（1）电力机车为什么只有一根导线？

　　电力机车的受电杆只跟接触网的一根导线接触，它是怎样工作的？

　　我国的电气化铁路采用单相工频交流制供电方式．铁路线上的供电网叫接触网，接触网导线上通过的是50Hz、25kV的单相交流电，电力机车上跷起的三角金属杆叫受电杆，它和接触网导线接触后电流通过它进入机车内的变压器，经过降压、整流，变成直流电后带动电动机工作．在接触网架的外侧，有一条跟接触网导线平行的电线叫回流线，它的远端与电网地线相接，近端同机车轮下的铁轨相连．机车运行时，电流通过接触网导线、机车内线路、铁轨和回流线构成闭合电路．

（2）打伞为何会有“麻电”感？

　　在阴雨、雾、雪天气，打着伞在电气化铁路的接触网下行走，当伞柄碰着脸部或耳朵时，人就会有麻电的感觉．你知道这是为什么吗？

　　在阴雨、雾、雪天，由于空气湿度大，绝缘性能变差．打伞人在接触网下行走时，电流就会沿着空气、伞柄而直入人体．在一般情况下，这个电流很微弱，人不易感觉到．但当伞柄和皮肤比较敏感的面部或耳朵接触时，人就会产生“麻电”感．

　　值得指出的是，如果流过人体的电流超过10mA，人就会出现明显的触电反应，触电部位会发生肌肉抽筋、皮肤表面角质层被破坏．如果流过人体的电流超过50mA，就会发生全身肌肉痉挛、呼吸困难、心脏麻痹甚至死亡．因此，在阴雨、雾、雪天里，手拿雨伞、肩扛棍棒或长柄农具的人，尽量不要在铁路的接触网下行走，必须在接触网下通过的，切不可把雨伞、棍棒、农具等举得过高，以免发生危险．

　　3．响点好，还是轻点好

　　听收音机时，有人一定想过这样的问题：

把音响调得轻些可以节省点电，好比用小灯来替代大灯总会省电一样．实际情况究竟如何呢？

　　这该从效率谈起．

　　每一个用电器实质上都是一种能量转换的装置——把电磁运动转变成其他形式的运动．点亮电灯，就是不断地把电能转化为所需要的光能，当然还有热能．对电灯来说，我们总是要求电能转换成光能多一点（亮一点）；而相对的，热能少一点（灯发热少）．比如同样瓦特数的日光灯要比白炽灯亮一些，而发热小些．这就涉及到一个效率问题．显然，前者的电光转换效率（18%左右）要比后者效率（7%）高得多．

　　收音机的目的是把电能转换成声能，好让人们能听到广播声．即在同样的电能供应条件下，转换成尽可能多的声能．让我们先来看看一架电子管收音机的工作情况：

电能首先使收音机里的电子线路正常工作，然后线路不断把收到的广播信号电流输送给扬声器，扬声器再把电能转换成声音．普通的电子管收音机需要消耗三、四十瓦电功率，但到了扬声器那里却只获得0.5W的功率，效率为2%左右；而扬声器再转换成输出的声能只有0.005W，电声转换效率是1%．幸而人耳对响度的感受比较灵敏，这样微弱的声能在20m2的房间里已绰绰有余了．

　　电子管收音机开过一段时间，你去摸摸电子管一定会感到烫手，连收音机的外壳也有点热了，你还可以做这样的试验：

调节收音机的音量控制旋钮，在声响最大和最小时各播放一段时间，分别用手摸摸输出级的电子管（就是送往扬声器的功率放大管），你一定感觉到，音响愈小时，管子愈烫手．这就说明，输送到扬声器的那部分能量由于减小音量（声能），而大部分能量转移到电子管内部发热上去了．看来减小音量与节约电能没有关系．值得注意的是，电子管里的电极受热过度会把它原先吸收的气体释放出来使电子管提前失效！

　　为了提高电能使用的效率，多少年来人们为此而作了极大的努力，精巧的晶体管收音机终于制造出来了．由于晶体管不需要像电子管那样的灯丝加热，又可以在低电压、小电流的条件下工作；加上输出级改用两个晶体管交替地工作（推挽式放大），不论信号大小如何，晶体管本身消耗的功耗极微，电能大部分给了扬声器，从而把宝贵的电能最大限度地利用起来，效率一下子提高到50%以上．因此，当你使用晶体管收音机时，在不需要大音量的场合，为了节约用电和改善音质，应当把声响尽量调低一些．