【同步练习】苏科版初三物理下册 第15章《电功和电热》15.2 测量小灯泡的电功率（第3课时）（精品讲义）（含答案）

二、电功率
第3课时 测量小灯泡的电功率
1. 掌握伏安法测量小灯泡电功率的方法。
2.会用特殊方法测量小灯泡的电功率。
知识点01 电功率的测量
（1） 利用功能关系：用电能表测用电器消耗的电能W。用停表测用电器的用电时间t。由定义式P = W/t计算出电功率。
（2） 利用伏安法
实验室中，常常通过电流和电压的测量来间接得知用电器的电功率。电功率与电压、电流的关系：P = U1。
【即学即练1】
某实验小组的同学用图甲所示器材测量小灯泡电功率，待测小灯泡L的额定电压为3.8V，额定功率小于1W，电源电压恒为6V，滑动变阻器R的规格为“20Ω 1A”，图甲所示是该实验小组没有连接完整的电路。
（1）请你用笔线代替导线，在图甲中把电路连接完整
（2）正确连接完电路，闭合开关后，发现无论怎样移动滑片，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表示数明显，仔细检查，连接无误，那么出现该状况的原因应该是 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）
A．电流表内部断路了 B．灯泡的灯丝断了
C．灯座内部出现了短路 D．滑动变阻器的电阻线断了
（3）排出故障后，通过正确操作，当灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，其值为　 　A，小灯泡的额定功率为　 　W。
（4）测出小灯泡的额定功率后，再测大于小灯泡额定功率的实际功率，应将滑动变阻器的滑片向　 　（选填“左”或“右”）端滑动。
（5）测量小灯泡的电功率　 　（选填“需要”或“不需要”）多次测量求平均值，原因是　 　。
（6）图丙是该实验小组的同学测量小灯泡电功率的电路图，测量后他们对测量结果进行了误差分析，考虑电表本身对电路的影响，该电路主要是由于所测　 　（选填“电压”或“电流”）值偏大引起小灯跑电功率偏大的。
【即学即练2】
小灯泡的额定电压已知、定值电阻R0的阻值已知，小明设计了四种不同的方案打算测量小灯泡的额定功率，在电路不能重新拆接的条件下，其中不能够测出小灯泡额定功率的是（　　）
A． B． C．D．
【典例1】
一个彩色灯泡上标有“36V 7.2W“的字样（忽略温度对灯丝电阻的影响）
求：（1）该灯泡正常工作时的电流和灯丝的电阻；
（2）若接在220V的照明电路中使用，至少需要串联多少个这种灯泡才行。
【典例2】
小明在做“测定小灯泡电功率”的实验时连接了如图甲所示的电路
（1）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡不亮，经检查有一根导线连接错误，请你在电路中将连接错误的导线上打“×”，并补测出正确的连线。
（2）正确连接电路后，滑片P移动到某一位置时，电压表和电流表示数如图乙所示小灯泡此时的电功率是多少？
（3）小明根据记录的多组数据绘制出小灯泡的I﹣U图象（图丙），分析评估时，小明对自己的实验产生了困惑，他认为：由欧姆定律I=知，I与U之间的变化关系是正比函数，所以其图象理论上应该是过原点的一条直线，请你帮助他解除困惑。
题组A 基础过关练
1．（多选题）如图所示，定值电阻R0=10Ω，滑动变阻器R的最大阻值为20Ω，灯泡L上标有“3V 0.6W”的字样，忽略灯丝电阻的变化。只闭合开关S、S1，并把R的滑片移到最右端，电流表的示数为0.1A，下列说法正确的是（　　）
A．电源电压为3V B．此电路的最小功率为0.3W
C．此电路的最大功率为1.5W D．通过灯泡L的最大电流为0.2A
2．如图所示，一个标有“2.5V 0.5W”的小灯泡L与滑动变阻器R串联，电源两端的电压为6V保持不变。开关S闭合后，移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡正常发光。求：
（1）小灯泡正常发光100s，消耗了多少电能？
（2）小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路中的电阻是多少？
3．小明同学利用电流表和电阻箱测量小灯泡的功率，设计并接了如图甲所示的实物电路。
（1）为了保护电路，闭合开关S1前，应将滑片P移到动变阻器的 （“A”或“B”）端。
（2）闭合开关S1，将单刀双掷开关S2扳向“1”，调节滑动变阻器调节电阻箱的阻值使电流表的示数为I1，如图乙所示，I1= A；
（3）将开关S2扳向“2”，保待滑动变阻器的阻值不变，调节滑动变阻箱的阻值R，使电流表的示数仍为I1，此时R=5Ω；则步骤（2）中小灯泡的电阻R1= Ω，测量小灯泡电阻的方法是 （选填“控制变量法”或“等效替代法”）；
（4）步骤（2）小灯泡的实际功率P1= W；
（5）若小灯泡的额定电流为I0=2I1，以下关于灯泡额定功率P0与实际功率P1的数值关系，你认为最有可能的是 。
A．P0=2P1 B．P0=3P1 C．P0=4P1 D．P0=5P1
题组B 能力提升练
1.如图甲所示电路，电源电压恒定不变，R0为定值电阻、R为电阻箱，调整电阻箱R的电阻值，电流表示数I的倒数与电阻箱阻值R的关系如图乙所示，以下说法中正确的是（ ）
A. 电源电压为3.6V
B. 通过R0的最大电流为2A
C. 调整电阻箱R的阻值，则R的最大功率为0.75W
D. 调整电阻箱R的阻值，则R0的最大功率为0.48W
2．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，提供如下实验器材：
A．电源（输出电压恒为4.5V）
B．小灯泡（额定电压3.5V．电阻约为10Ω）
C．滑动变阻器（0﹣10Ω，最大电流2A）
D．电压表（量程0∽3V）
E．电流表（量程0﹣0.6A﹣3A）
（1）实验小组初步设计电路如图甲所示。经分析此电路无法测出小灯泡的额定功率，原因是 。
（2）重新设计电路如图乙所示，请对照此图在答题卡图中用笔画线替代导线，完成实物图的连接。
（3）连接电路完成后，闭合开关，发现电流表不动，电压表也无示数，若电路中只有一处故障，可能是 。
A．小灯泡断路 B．电压表断路 C．滑动变阻器断路
（4）排除故障后继续实验，闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表示数为U= V时小灯泡正常发光，此时电流表示数如图丁所示，则小灯泡的额定功率P额= W。
题组C 培优拔尖练
1．在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V。
（1）图甲是某小组连接的电路，其中有一根多余的导线，导致电路连接错误，请在这根导线上打“×”。
（2）拆除多余的导线后，正确操作，当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是 　 　W。
（3）图丙是根据实验数据绘制的通过小灯泡的电流I与其两端电压U的关系图像，分析图像可知，当小灯泡两端的电压为1.5V时，小灯泡的电阻为 　 　Ω；当小灯泡两端电压升高时，其电阻的变化情况是 　 　（选填正确选项前的字母）。
A.保持不变 B.逐渐减小 C.逐渐增大
二、电功率
第3课时 测量小灯泡的电功率
掌握伏安法测量小灯泡电功率的方法。
会用特殊方法测量小灯泡的电功率。
知识点01 电功率的测量
（1） 利用功能关系：用电能表测用电器消耗的电能W。用停表测用电器的用电时间t。由定义式P = W/t计算出电功率。
（2） 利用伏安法
实验室中，常常通过电流和电压的测量来间接得知用电器的电功率。电功率与电压、电流的关系：P = U1。
【即学即练1】
某实验小组的同学用图甲所示器材测量小灯泡电功率，待测小灯泡L的额定电压为3.8V，额定功率小于1W，电源电压恒为6V，滑动变阻器R的规格为“20Ω 1A”，图甲所示是该实验小组没有连接完整的电路。
（1）请你用笔线代替导线，在图甲中把电路连接完整
（2）正确连接完电路，闭合开关后，发现无论怎样移动滑片，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表示数明显，仔细检查，连接无误，那么出现该状况的原因应该是 （选填“A”、“B”、“C”或“D”）
A．电流表内部断路了 B．灯泡的灯丝断了
C．灯座内部出现了短路 D．滑动变阻器的电阻线断了
（3）排出故障后，通过正确操作，当灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，其值为　 　A，小灯泡的额定功率为　 　W。
（4）测出小灯泡的额定功率后，再测大于小灯泡额定功率的实际功率，应将滑动变阻器的滑片向　 　（选填“左”或“右”）端滑动。
（5）测量小灯泡的电功率　 　（选填“需要”或“不需要”）多次测量求平均值，原因是　 　。
（6）图丙是该实验小组的同学测量小灯泡电功率的电路图，测量后他们对测量结果进行了误差分析，考虑电表本身对电路的影响，该电路主要是由于所测　 　（选填“电压”或“电流”）值偏大引起小灯跑电功率偏大的。
【答案】：（1）如上；（2）B；（3）0.2；0.76；（4）右；（5）不需要；灯在不同电压下的功率不同；（6）电流。
【解析】（1）灯的额定电压为3.8V，故电压表选用大量程与灯并联，将变阻器的最大电阻连入电路中与灯串联，如下所示：
（2）A．若电流表内部断路了，则整个电路断路，两表都没有示数，不符合题意；B．若灯泡的灯丝断了，灯不亮，电流表没有示数，电压表串联在电路中，电压表测电源电压有示数，符合题意；C．若灯座内部出现了短路，则电压表没有示数，电流表有示数，不符合题意；D．若滑动变阻器的电阻线断了，则整个电路断路，两表都没有示数，不符合题意；故选B；（3）当灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，其值为0.2A，小灯泡的额定功率为：P=UI=3.8V×0.2A=0.76W。（4）测出小灯泡的额定功率后，再测大于小灯泡额定功率的实际功率，要增大灯电压，减小变阻器的电压，由分压原理，应将滑动变阻器的滑片向右端滑动。（5）灯在不同电压下的功率不同，故不需要多次测量求平均值；（6）根据并联电路电流的规律，电流表示数等于灯的电压与通过电压表电流大小和，故该电路主要是由于所测电流值偏大引起小灯跑电功率偏大的。
【即学即练2】
小灯泡的额定电压已知、定值电阻R0的阻值已知，小明设计了四种不同的方案打算测量小灯泡的额定功率，在电路不能重新拆接的条件下，其中不能够测出小灯泡额定功率的是（　　）
B． B． C．D．
【答案】：B。
【解析】解：A、电压表测灯的电压，通过移动变阻器的滑片，当灯的电压为额定电压时，用电流表测出灯的电流，根据P＝UI可求出灯的额定功率；故A不合题意。
B、图中只有电流表，通过开关的转换，定值电阻与灯分别与变阻器串联，无法确定灯是否正常发光，故不能求出灯的额定功率；故B符合题意。
C、只闭合S、S1，电压表测灯的电压，移动变阻器的滑片，使电压表示数为U额，则灯正常发光；
保持滑片位置不动，闭合S2，断开合S1，记下电压表的示数U1，此时电压表测R0与灯的电压，因电路的连接没有改变，各电阻的大小和电压没有改变，灯仍正常发光，由串联电路电压的规律，R0的电压：
U0＝U1﹣U额，通过R0的电流，即灯的额定电流：故C不合题意。
I＝，根据P＝UI可求灯的额定功率；D、只闭合S、S2，R0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时，由欧姆定律和并联电路电压的规律，灯的电压为U额，灯正常发光；
保持滑片位置不变，只闭合S、S1，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可得出灯的额定功率的表达式；故D不合题意。
【典例1】
一个彩色灯泡上标有“36V 7.2W“的字样（忽略温度对灯丝电阻的影响）
求：（1）该灯泡正常工作时的电流和灯丝的电阻；
（2）若接在220V的照明电路中使用，至少需要串联多少个这种灯泡才行。
【答案】（1）该灯泡正常工作时的电流为0.2A，灯丝的电阻为180Ω；
（2）若接在220V的照明电路中使用，至少需要串联7个这种灯泡才行。
【解析】解：
（1）由P=UI可得灯泡正常发光时的电流：IL===0.2A，
由I=可得灯丝电阻：RL===180Ω；
（2）因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，要使小灯泡接在220V的电路中使用，串联小灯泡的个数：
n=≈6.11≈7个。
【典例2】
小明在做“测定小灯泡电功率”的实验时连接了如图甲所示的电路
（1）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡不亮，经检查有一根导线连接错误，请你在电路中将连接错误的导线上打“×”，并补测出正确的连线。
（2）正确连接电路后，滑片P移动到某一位置时，电压表和电流表示数如图乙所示小灯泡此时的电功率是多少？
（3）小明根据记录的多组数据绘制出小灯泡的I﹣U图象（图丙），分析评估时，小明对自己的实验产生了困惑，他认为：由欧姆定律I=知，I与U之间的变化关系是正比函数，所以其图象理论上应该是过原点的一条直线，请你帮助他解除困惑。
【答案】：（1）如下图；（2）小灯泡此时的电功率是0.9W；（3）灯丝的电阻随温度的升高而增大。
【解析】解：（1）由电路图可知，灯泡与滑动变阻器并联，灯泡连接错误，将灯泡左端接线柱与开关的右接线柱连线断开，改接为灯泡左接线柱与电压表负接线柱相连即可，电路图如图所示；
；
（2）由图乙可知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.5V，
由图丙可知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.36A，
则小灯泡的额定电功率P=UI=2.5V×0.36A=0.9W；
（3）由于灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以通过灯泡的电流与电压不成正比。
题组A 基础过关练
1．（多选题）如图所示，定值电阻R0=10Ω，滑动变阻器R的最大阻值为20Ω，灯泡L上标有“3V 0.6W”的字样，忽略灯丝电阻的变化。只闭合开关S、S1，并把R的滑片移到最右端，电流表的示数为0.1A，下列说法正确的是（　　）
A．电源电压为3V B．此电路的最小功率为0.3W
C．此电路的最大功率为1.5W D．通过灯泡L的最大电流为0.2A
【答案】：ABC。
【解析】解：（1）只闭合开关S、S1，R的滑片移到最右端，R0与滑动变阻器串联，R的滑片移到最右端连入电路的电阻为20Ω，则总电阻：
R=R0+R滑=10Ω+20Ω=30Ω，
由I=可得，电源的电压：
U=IR=0.1A×30Ω=3V；故A正确；
（2）若三个开关都闭合，R的滑片移到最左端连入电路的电阻为0Ω，所以灯泡与R0并联，此时电路中的电流最大；
则：P0===0.9W，
灯泡两端的电压UL=U=3V，与额定电压3V相等，则灯泡正常发光；
由P=UI可得通过灯泡的最大电流为：
IL===0.2A，故D错误；
PL=P额=0.6W，
所以最大总功率P最大=P0+PL=0.9W+0.6W=1.5W；故C正确；
（3）由于RL===15Ω＞R0=10Ω；根据电阻的串并联特点可知：
当灯泡与滑动变阻器R的最大值串联时电路中的总电阻最大，电流最小，则总功率最小；
为：P最小===0.3W；故B正确；
2．如图所示，一个标有“2.5V 0.5W”的小灯泡L与滑动变阻器R串联，电源两端的电压为6V保持不变。开关S闭合后，移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡正常发光。求：
（1）小灯泡正常发光100s，消耗了多少电能？
（2）小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路中的电阻是多少？
【答案】：（1）50J （2） 17.5Ω
【解析】（1）W=Pt=0.5W×100s=50J
（2）灯泡正常发光时，电路中的电流为I=P/UL=0.5W/2.5V=0.2A
变阻器两端电压为UR=U-UL=6V-2.5V=3.5V
变阻器接入电路的阻值为R=UR/I=3.5V/0.2A=17.5Ω
3．小明同学利用电流表和电阻箱测量小灯泡的功率，设计并接了如图甲所示的实物电路。
（1）为了保护电路，闭合开关S1前，应将滑片P移到动变阻器的 （“A”或“B”）端。
（2）闭合开关S1，将单刀双掷开关S2扳向“1”，调节滑动变阻器调节电阻箱的阻值使电流表的示数为I1，如图乙所示，I1= A；
（3）将开关S2扳向“2”，保待滑动变阻器的阻值不变，调节滑动变阻箱的阻值R，使电流表的示数仍为I1，此时R=5Ω；则步骤（2）中小灯泡的电阻R1= Ω，测量小灯泡电阻的方法是 （选填“控制变量法”或“等效替代法”）；
（4）步骤（2）小灯泡的实际功率P1= W；
（5）若小灯泡的额定电流为I0=2I1，以下关于灯泡额定功率P0与实际功率P1的数值关系，你认为最有可能的是 。
A．P0=2P1 B．P0=3P1 C．P0=4P1 D．P0=5P1
【答案】：（1）B；（2）0.2；（3）5；等效替代法；（4）0.2；（5）D。
【解析】解：（1）为了保护电路，闭合开关S1前，应将滑片P移到动变阻器的阻值最大处的B端。
（2）闭合开关S1，将单刀双掷开关S2扳向“1”，调节滑动变阻器调节电阻箱的阻值使电流表的示数为I1，如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，I1=0.2A；
（3）将开关S2扳向“2”，保待滑动变阻器的阻值不变，调节滑动变阻箱的阻值R，使电流表的示数仍为I1，此时R=5Ω；则步骤（2）中小灯泡的电阻R1=5Ω，测量小灯泡电阻的方法是等效替代法；
（4）步骤（2）小灯泡的实际功率P1=I12RL=（0.2A）2×5Ω=0.2W；
（5）若小灯泡的额定电流为I0=2I1，假设灯泡的阻值不变，
则P额=I02R=（2I1）2R=4I12R=4P1。
由于灯泡的阻值不是定值，且灯泡的阻值会随温度的升高而变大，
所以，当灯泡在正常工作时，灯泡的阻值变大，
则额定功率P0＞P额=4P1，所以最有可能的额定功率值为P0=5P1。
故选D。
题组B 能力提升练
1.如图甲所示电路，电源电压恒定不变，R0为定值电阻、R为电阻箱，调整电阻箱R的电阻值，电流表示数I的倒数与电阻箱阻值R的关系如图乙所示，以下说法中正确的是（ ）
A. 电源电压为3.6V
B. 通过R0的最大电流为2A
C. 调整电阻箱R的阻值，则R的最大功率为0.75W
D. 调整电阻箱R的阻值，则R0的最大功率为0.48W
【答案】C
【解析】解：闭合开关，R和串联，电流表测量电路电流。
AB、当电流表示数I的倒数为时，电路中电流为，此时R接入电路的电阻值为0，
根据欧姆定律可知此时通过的电流最大，为，故B错误；
根据欧姆定律可知电源电压，
当电流表示数I的倒数为时，电路中电流为，此时R接入电路的电阻值为，
根据欧姆定律和串联电路的电压特点可知电源电压，
联立可得：，；故A错误；
CD、调整电阻箱R的阻值，此时电路中的电流，根据可知R的电功率，
当时，R的电功率最大，为，故C正确，D错误。
闭合开关，R和串联，电流表测量电路电流。
当电流表示数I的倒数为时，电路中电流为，此时R接入电路的电阻值为0，根据欧姆定律可知此时通过的电流最大；
根据欧姆定律可得出电源电压的表达式；
当电流表示数I的倒数为时，电路中电流为，此时R接入电路的电阻值为，根据欧姆定律和串联电路的电压特点可得出电源电压的表达式；
联立两表达式可得电源电压和的值；
调整电阻箱R的阻值，根据欧姆定律可得出此时电路中的电流，根据可知R的电功率的表达式，进而分析并得出当R的最大电功率。
2．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，提供如下实验器材：
A．电源（输出电压恒为4.5V）
B．小灯泡（额定电压3.5V．电阻约为10Ω）
C．滑动变阻器（0﹣10Ω，最大电流2A）
D．电压表（量程0∽3V）
E．电流表（量程0﹣0.6A﹣3A）
（1）实验小组初步设计电路如图甲所示。经分析此电路无法测出小灯泡的额定功率，原因是 。
（2）重新设计电路如图乙所示，请对照此图在答题卡图中用笔画线替代导线，完成实物图的连接。
（3）连接电路完成后，闭合开关，发现电流表不动，电压表也无示数，若电路中只有一处故障，可能是 。
A．小灯泡断路 B．电压表断路 C．滑动变阻器断路
（4）排除故障后继续实验，闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表示数为U= V时小灯泡正常发光，此时电流表示数如图丁所示，则小灯泡的额定功率P额= W。
【答案】：（1）电压表量程小于小灯泡的额定电压；（2）见上图；（3）A；（4）1.05。
【解析】解：（1）由题知，灯泡额定电压为3.5V，而电压表量程为0∽3V，甲图中电压表测灯泡两端电压，所以为保证电表安全，调节变阻器不能使灯泡电压达到其额定电压，即无法测出小灯泡的额定功率；
（2）由乙图知，重新设计电路后电压表与滑动变阻器并联，滑动变阻器一上一下接入电路，如图所示：
（3）A．若小灯泡断路，整个电路断路，电压表和电流表都无示数，故A符合题意；
B．若电压表断路，电路仍是通路，电流表有示数，故B不符合题意；
C．若滑动变阻器断路，电压表被串联入电路中，此时电流表无示数，电压表有示数，故C不符合题意。
（3）灯泡正常发光时电压为3.5V，由串联电路特点可知，此时滑动变阻器两端电压，即电压表示数：
UV=U﹣U额=4.5V﹣3.5V=1V，
由实物图知，电流表使用的是0﹣0.6A量程，分度值0.02A，由图丁知灯泡正常发光电流为0.3A，
所以灯泡的额定电压：P额=U额I=3.5V×0.3A=1.05W。
题组C 培优拔尖练
1．在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V。
（1）图甲是某小组连接的电路，其中有一根多余的导线，导致电路连接错误，请在这根导线上打“×”。
（2）拆除多余的导线后，正确操作，当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是 　 　W。
（3）图丙是根据实验数据绘制的通过小灯泡的电流I与其两端电压U的关系图像，分析图像可知，当小灯泡两端的电压为1.5V时，小灯泡的电阻为 　 　Ω；当小灯泡两端电压升高时，其电阻的变化情况是 　 　（选填正确选项前的字母）。
A.保持不变
B.逐渐减小
C.逐渐增大
【答案】：（1）如上图所示；（2）0.7；（3）6；C。
【解析】解：（1）电流从电源正极依次经过开关、滑动变阻器、电流表以及灯泡回到电源负极，电压表并联在灯泡两端，根据实物图可知，滑动变阻器的左上接线柱与灯泡相连的导线错误，如下图所示：
（2）根据实物图和图乙可知，电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.28A，
则灯泡的额定功率：PL＝ULIL＝2.5V×0.28A＝0.7W；
（3）根据图丙可知，当小灯泡两端电压为1.5V时，通过小灯泡的电流为0.25A，所以由I＝可知，
此时小灯泡的阻值：RL′＝＝＝6Ω，
小灯泡正常发光时的电阻：RL＝＝≈8.9Ω，
由此可见，当小灯泡两端电压升高时，其电阻逐渐变大，故选：C。