专题17　实验探究(测电功率　探究焦耳定律) 课件 (共41张PPT)2023-2024学年物理人教版九年级全一册

(共41张PPT)
实验探究(测电功率　探究焦耳定律)
专题17
第十八章　电功率
一、测电功率
【实验原理】P ＝UI
【实验器材】
电源、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器、小灯泡
【实验步骤】
(1)按照电路图连接电路，断开开关，将滑动变阻器滑片移至阻值最大处。
(2)检查电路无误后，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数依次为额定电压、低于额定电压、高于额定电压，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，并计算出小灯泡的电功率。
序号 电压U/V 电流I/A 电功率P/W 发光情况
1(U实＝U额)
2(U实3(U实>U额)
(4)处理数据，得出规律，整理器材。
【实验结论】
当U实＝U额时，P实＝P额
当U实>U额时，P实>P额
当U实灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的，实际功率越大，小灯泡越亮。
【注意事项】
1.连接电路的过程中，开关应处于断开状态。
2.闭合开关前，滑片应调到阻值最大处。
3.滑动变阻器的作用：改变通过电路中的电流，改变小灯泡两端的电压，还起到了保护电路的作用。
4.必须使电流分别从电压表和电流表的“＋”接线柱流入，“－”接线柱流出。
5.电压表和电流表都要选择合适的量程。
一题闯关1
例1　“测量小灯泡的电功率”的实验电路图如图甲所示，电源电压恒为6 V，灯泡的额定电压为2.5 V。
【设计与进行实验】
(1)请用笔画线代替导线将图乙中的实物连
接完整。
答案　见解析图
解析　由题图甲可知，电压表与小灯泡并联，小灯泡的额定电压为2.5 V，所以电压表接小量程，如图所示。
(2)现有滑动变阻器R1(5 Ω　0.3 A)和R2(50 Ω　1 A)，实验时应选用滑动变阻器_____。
R2
解析　灯泡与滑动变阻器串联，当灯泡两端为额定电压2.5 V时，U滑＝U－U灯＝6 V－2.5 V＝3.5 V，如果选R1，通过滑动变阻器的电流为0.7 A，超过了滑动变阻器的最大电流值，所以应选用滑动变阻器R2。
(3)闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P滑到______(选填“A”或“B”)端。
B
解析　为保护电路，闭合开关S前，应将滑动变阻器的阻值调至最大，即滑片P滑到B端。
(4)闭合开关后，小明发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来他首先应该进行的操作是_____。
A.检查电路是否断路
B.检查电路是否短路
C.移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光
C
解析　闭合开关后，电流表和电压表均有示数，说
明电路是通路，小灯泡不亮，可能是因为电流过小，
所以接下来他首先应该进行的操作是移动滑动变阻
器的滑片，观察小灯泡是否发光，故C符合题意，A、
B不符合题意。
(5)实验过程中，移动滑动变阻器的滑片P
的同时，眼睛应注视_____。
A.电压表示数
B.电流表示数
C.滑动变阻器滑片
A
解析　测量小灯泡电功率的实验，需要测量不同电压下的实际功率，眼睛应注视电压表示数，故A符合题意，B、C不符合题意。
【分析与论证】
(6)调节滑片P至某位置时，小灯泡恰好正常发光，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________ W；
0.95
解析　由题图丙知，电流表量程为0～0.6 A，分度值为0.02 A，读数为0.38 A，则小灯泡的额定功率为P＝UI＝2.5 V×0.38 A＝0.95 W
(7)图丁是小明根据实验数据绘制的小灯泡的电流与电压关系图象。若把该灯与一阻值为12 Ω定值电阻串联接在电压为4 V的电源上，小灯泡的实际功率为________ W。
0.25
解析　由题图丁可知，当电路电流为0.25 A时，灯泡两端的电压为1 V，定值电阻两端的电压为
UR＝I′R＝0.25 A×12 Ω＝3 V
电源电压为U＝UR＋UL＝3 V＋1 V＝4 V
满足两者电压之和等于电源两端电压4 V，
则小灯泡的实际功率为P实＝ULI′＝1 V×0.25 A＝0.25 W
【交流与反思】
(8)实验过程中，若小灯泡突然熄灭，且电压表的示数接近于6 V，电流表的示数几乎为0，则故障可能是_____________。
灯泡断路
解析　实验过程中，若小灯泡突然熄灭，电流表的示数几乎为0，可能是电路发生了断路，电压表的示数接近于6 V，说明电压表与电源接通，则故障可能是与电压表并联的灯泡发生断路。
(9)假如实验过程发现电流表坏了，小丽向老师要了一个已知阻值为R0的定值电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图所示的实验电路，测出了小灯泡正常发光时的电阻，请你帮她完成下列实验步骤：
①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为_____ V；
②保持滑片的位置不动，再将开关S2拨到触点1，读出电压表的示数为U；
2.5
③小灯泡正常发光时电阻的表达式为R灯＝____________(用已知量和测量量表示)。
解析　①灯泡的额定电压为2.5 V，闭合开关S1、
S2接2，调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5 V，
灯泡正常发光。
②保持滑动变阻器滑片位置不变，S2接1，读出电
压表示数U。
③由串联电路电流特点可知，通过灯泡的电流为
二、探究焦耳定律
【实验器材】
电源、开关、导线、电流表、滑动变阻器、电阻丝
【实验步骤】
(1)电阻对电热的影响：如图所示，两个容器中
的电阻丝串联，通过它们的电流相等。通电一
定时间后，U形管右侧液面高。实验表明，在
电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，这
个电阻产生的热量越多。
(2)电流对电热的影响：如图所示，右侧容器中的电阻丝并联，通过它们的总电流与左侧容器中电阻丝通过的电流相等，通电一定时间后，U形管左侧液面高。实验表明，在电阻和通电时间相同的情况下，电流越大，这个电阻产生的热量越多。
(3)通电时间对电热的影响：以(2)中左侧容器为例，在电流、电阻一定的情况下，通电时间越长，U形管左侧液面越高。实验表明，在电阻、电流相同的情况下，通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
【实验结论】
电流通过电阻产生热量的多少与电流、电阻、通电时间都有关，电流越大、电阻越大、通电时间越长，这个电阻产生的热量越多。
【实验方法】
(1)转换法：通过U型管液面高度变化反映产生电热的多少。
(2)控制变量法。
一题闯关2
例2　如图甲所示，在研究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”时，将电阻丝R1、R2、R3分别装在A、B、C三个相同的透明容器中，容器中密封着等量的空气，橡胶管将密闭容器和装有红色液体的U形玻璃管相连，容器内电阻丝的电阻R1＝10 Ω、R2＝R3＝5 Ω，另有一个阻值为5 Ω的电阻丝R4在容器外部，与电阻丝R3并联。
【设计与进行实验】
(1)在实验中，加热空气的好处是____________
___________________，观察U形玻璃管中的液面高度差是为了比较____________________，这里采用的方法是_________。
空气受热易
膨胀且现象较为明显
电阻丝产生热量的多少
转换法
解析　在实验中，加热空气的好处是因为空气受热易膨胀且现象较为明显；观察U形玻璃管中的液面高度差是为了比较电阻丝产生热量多少，这里采用的方法是转换法。
(2)若要探究电流通过导体产生的热量的多少与电流大小是否有关，则应选用________两容器及与其相连的U形管进行比较，得到结论：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的________越大，产生的热量越多。
B、C
电流
解析　B、C容器中，C中两电阻并联后再与B
中电阻串联，容器内两电阻大小相等，根据并
联和串联电路电流的规律，通过B容器中电阻
的电流大于通过C容器中电阻的电流，若要探
究导体产生的热量的多少与电流大小是否有关，
要控制电阻和通电时间相同，则应选用B、C两
容器及其相连的U形管进行比较，得到结论：在电阻和通电时间相同的情况下，通过导体的电流越大，产生的热量越多。
(3)若要探究电流通过导体产生的热量的多少与电阻大小是否有关，则应选用________两容器及与其相连的U形管进行比较，得到结论：在电流和通电时间相同的情况下，导体的______越大，产生的热量越多。
A、B
电阻
解析　A、B容器中，两电阻串联，通过的电流
和通电时间相同，而电阻不同；若要探究导体
产生的热量的多少与电阻大小是否有关，要控
制电流和通电时间相同，只改变电阻大小，则
应选用A、B两容器及其相连的U形管进行比较，
得到结论：在电流和通电时间相同的情况下，导
体的电阻越大，产生的热量越多。
(4)在实验中观察到与A、B两容器相连的U形管液面很快出现高度差，与C容器相连的U形管中液面高度差始终为零，原因可能是电阻丝________断路。
R3
解析　在实验中观察到与A、B容器相连的U形管液面很快出现高度差，可知电路为通路，与C容器相连的U形管中液面高度差为零，即没有产生热量，原因可能是电阻丝R3断路。
(5)排除故障后继续进行实验，通电一段时间后，与______容器相连的U形管中两侧的液面高度差最大。
A
解析　根据Q＝I2Rt可知，因A中R1电阻最大，且通过的电流大于通过C容器中R3的电流，故排除故障后继续进行实验，通电一段时间后，A容器中电阻产生热量最多，与A容器相连的U形管中两侧的液面高度差变化最大。
【分析与论证】
(6)①相同时间内电阻R1产生的电热Q1与电阻R2产生的电热Q2之比为________。
2∶1
解析　根据Q＝I2Rt可知，电流和通电时间相同时，产生的热量与电阻成正比，故相同时间内电阻R1产生的电热Q1与电阻R2产生的电热Q2之比为Q1∶Q2＝2∶1。
②相同时间内电阻R1产生的电热Q1与电阻R3产生的电热Q3之比为________。
8∶1
解析　设电路的电流为I，C中两等值电阻并联，根据并联电路电压的规律和欧姆定律，通过两电阻的电流相等，根据并联电路电流的规律，通过R3的电流为0.5I，相同时间内电阻R1产生的电热Q1与电阻R3产生的电热Q3之比为(I2×10 Ω×t)∶[(0.5I)2×5 Ω×t]＝8∶1。
③若将R4拆除，则相同时间内电阻R3在拆除后产生的电热Q3′与拆除前产生的电热Q3之比为_______。
49∶16
解析　由电阻的并联和串联规律可知，电阻R4
拆除前电路的总电阻为：R前＝10 Ω＋5 Ω＋
＝17.5 Ω；
电阻R4拆除后电路的总电阻为：
R后＝10 Ω＋5 Ω＋5 Ω＝20 Ω；
根据欧姆定律，在电压不变时电流与电阻成反比，
故拆除后与拆除前电路的总电流之比
I后∶I前＝17.5 Ω∶20 Ω＝7∶8；
解析　因拆除前通过两并联电阻电流相等，
故拆除后与拆除前通过R3的电流之比为7∶4；
在通电时间不变、电阻不变的情况下，根据
Q＝I2 Rt可知，电流产生的热量与电流的平方
成正比，故相同时间内电阻R3在拆除后产生
的电热Q3′与拆除前R3产生的电热Q3之比为
49∶16。
【交流与反思】
(7)能用Q＝UIt计算电流通过任何用电器产生的热量吗？请用实例说明原因。
________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
不能，比如电动机工作时，消耗的电能为W＝UIt，但其消耗的电能转化为机械能和内能，则W＞Q＝I2Rt，所以当电流通过有些用电器时，其产生的热量是不能用Q＝UIt来计算
解析　用Q＝I2Rt可以算电流通过任何用电器产
生的热量，而W＝UIt是计算电功的普遍适用的
公式，Q＝W的条件是：纯电阻电路，即不含有
电动机的电路(将电能全部转化为内能的电路)；
如含有电动机的电路，电流做的功大部分转化为
机械能，有一小部分转换化为内能，即W＝UIt＞
Q，因此Q＝UIt不能计算电流通过任何用电器产
生的热量。
(8)利用如图乙所示的实验装置也可以研究“电流通过导体时产生的热量与什么因素有关”。
①在两瓶中加入质量、初温均相同的煤油，闭合开关一段时间，可以通过观察温度计示数的变化情况，判断电阻丝产生的热量多少。
②若D、E两瓶内换用质量、初温都相同的不同
液体，其电阻丝的阻值R5___R6时，可以比较不同物质的吸热能力。若温度计a比温度计b温度升高得快，则D、E两瓶内液体比热容关系cD____cE。
＝
＜
解析　为控制相同时间质量、初温都相同
的不同液体吸热相同，根据Q＝I2Rt可知，
电阻丝的阻值R5＝R6时，可以比较不同物
质的吸热能力，若温度计a比温度计b温度
升高得快，则D、E两瓶内液体比热容关系
cD＜cE。
③利用如图丙所示的装置，进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流的关系”。经多次实验测量，收集实验数据，绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升的高度h与电流I的关系图象。根据焦耳定律可知，图丁中能正确反映h－I关系的是________(h随热量Q等比例变化)。
A
解析　根据焦耳定律，电流产生的热量与电流的平方成正比，而上升的高度与热量成正比，因而h与电流I的平方成正比，h＝kQ＝kI2Rt，图象是二次函数的部分，故A正确，B、C错误。