电功与电功率实验探究题专题(含答案)

文档属性

名称 电功与电功率实验探究题专题(含答案)
格式 docx
文件大小 1.4MB
资源类型 教案
版本资源 浙教版
科目 科学
更新时间 2025-04-11 14:10:43

图片预览

文档简介

电功与电功率实验探究题专题
电功和电功率实验探究题的常见考点集中在滑动变阻器的选择与应用、电路故障分析、电功率计算、实验数据处理、U-I图像分析等。
题型一、求滑动变阻器的规格
1最大阻值
【限制条件】电路/实验中的最小·电流
【分析】电路中电源电压是一定的,电路中电流最小时,对应的阻值为最大值,该实验操作要求“换大调大”所以利用最小电流、最大定值电阻规格的状态可以找到最大阻值
2最大电流
【限制条件】不小于电路实验中的最大电流
【分析】实验数据中会有最大电流的数据,为了安全原则,滑动变阻器能允许通过的最大电流至少比此数据大才行
题型二、电路故障
解题方法:
故障现象 可能原因
电流表无示数,电压表满偏 灯泡断路(电压表串联接入电路)
两表均有示数,灯泡不亮 实际功率太小(滑动变阻器阻值过大或灯泡电阻太大)
灯泡突然熄灭,电压表示数接近电源电压 灯泡断路(电阻无穷大,电压全部分配到电压表)
题型三、额定功率的计算和实验数据处理
1.解题方法:找到额定电压U额和对应的电流I额,用P额=U额*I额计算。
2.数据处理合理性分析
(1)若多次测量的电压均接近额定电压(如3.8V难以精确读取),取平均值可减小偶然误差,方法合理;若电压明显偏离额定电压,不可求平均。
(2)多次测量观察小灯泡在不同功率时的亮度变化。计算额定功率时要选取额定电压那一组数据进行计算。伏安法测功率不需要计算三次实验的平均功率。
题型四、图像含义
解题方法:①灯泡U-I图像为曲线(电阻随温度升高而增大),滑动变阻器为直线(纯电阻,阻值固定)。
②阴影部分面积=电压×电流=对应状态下的功率(如第3题阴影为灯泡实际功率)
专题练习巩固:
在“测量小灯泡电功率"的实验中,小晨所在的实验小组用的电源电压为9伏,小灯泡的额定电压为3.8V,电阻大约为10Ω。
实验器材中两种规格分别为“10Ω 1A”、“20Ω 2A”的滑动变阻器可供选择。本实验中应该选择规格 的滑动变阻器;
图甲是该小组连接的实物图,其中有一根导线连接错误,请你在图上连接错误的导线上打“×”,并在图上补画出正确的连线;
(3)观察图乙,该实验小组发现无法准确判断电压表指针是否指向3.8伏。于是他们重复做3次实验,每次实验都认为电压表示数最接近3.8伏。相关实验记录及数据处理见下表:
实验序号 电流表示数/A 测得灯泡的额定功率/W 测得灯泡额定功率得平均值/W
1 0.28 1.06
2 0.30 1.14
3 0.31 1.18
你认为这样处理数据的方法是否合理并作说明 。
(4)实验结束后,小晨在整理实验器材时,发现滑动变阻器的BP部分比PC部分热,这是因为 。
2.小科同学在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源为三节干电池,小灯泡额定电压为2.5V。
(1)请用线代替导线,将图甲中的实物电路正确连接完整。
(2)小科连接电路后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片P,测量了六组且记下对应的电压表(0.5V、1.0V、….、3.0V)和电流表的示数,并绘制成图乙所示的I一U图像,可计算出小灯泡的额定功率是 W。
根据图乙分析,为完成上述整个实验,最合理的滑动变阻器应选 。
A.“0.5A10” B.“1A20Ω” C.“1A60Ω” D.“0.2A 200Ω”
3.如图1所示为测量“不同电压下小灯泡的电功率”的实物连接图.器材规格:电源电压3V,小灯泡的额定电压2.5V。
(1)闭合开关,发现两电表指针处于图2所示位置,此时电路出现的故障是 。
(2)故障排除后,按正确操作步骤进行实验,测量并记录了5组实验数据,得到小灯泡两端的电压与通过小灯泡的电流的U-I图像,如图3所示.据图推测:图中阴影部分面积大小表示的含义 :实验中滑动变阻器的规格可能为下列选项中的 。
A.10Ω 1A B.40Ω 0.2A C.30Ω 1A
(3)图4是小灯泡和滑动变阻器的U-I关系图像.请判断:曲线1、2、3中哪条符合滑动变阻器U-I实际关系 (选填“1”或“2”或“3”)。
4.用图1所示电路测量“小灯泡的额定功率”。待测小灯泡的额定电压为2.5V,额定功率小于1W,电源为两节干电池,滑动变阻器R的规格为"20Ω 1A
图1图2
(1)请你用笔画线代替导线,在图1把电路连接完整(滑片向右移动,灯泡变亮);
(2)正确连接完电路,闭合开关,向右逐渐移动滑片,小灯泡逐渐变亮,突然小灯泡熄灭,电流表示数几乎为零,电压表示数接近3V,原因是小灯泡 (填“短路”或“断路”)。
(3)排除故障后,闭合开关,缓慢移动滑动变阻器的滑片,同时观察 表示数的变化,当小灯泡正常发光时,电流表示数如图2所示,记录数据并算出小灯泡的额定功率 W。
(4)小灯泡用久了,钨丝会变细,在2.5V电压下,小灯泡实际功率 (选填“大于"小于”或“等于”)额定功率。
5.小科进行了如下电学实验
(1)正确连接电路后,闭合开关S,小灯泡不亮,电压表和电流表均有示数,可能是小灯泡 。
A.短路 B.开路 C.实际功率太小
(2)调节滑动变阻器的滑片,当电压表示数为2V,电流表示数如图乙所示,此时小灯泡的电功率为 W。
(3)将以上实验的小灯泡更换成不同阻值的定值电阻,闭合开关并移动滑片,使定值电阻两端电压始终保持不变,记录每次的电流值和电阻值。据此推测,该实验是在研究 的关系。
(4)下表是小科测得的数据,据表中数据判断,小科连接的实验电路是下图中 。
6.小丰同学利用如图1所示的电路来测量小灯泡的电功率(电源电压3V,小灯泡的额定电压2.5V)。
(1)闭合开关时,发现两电表指针处于图2所示位置,此时灯泡 (选填“不发光”“微弱发光”或“比正常亮”)。
(2)故障排除后,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U-I图象如图3所示,则小灯泡的额定功率是 W。
(3)他做完以上实验后,又想测出一个未知电阻Rx的阻值,连接电路时发现电压表已损坏,于是他又设计了如图4所示的电路,也测出了电阻的阻值(R0是已知阻值的定值电阻)。
请你帮他完成下列步骤。
①只闭合开关S,电流表的示数为I1;②开关 电流表的示数为I2;
③请写出未知电阻Rx的阻值表达式:Rx= (用I1、I2和R0表示)
7.小科同学在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源为三节干电池,小灯泡额定电压为2.5V。
(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整。
(2)小科连接电路后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片P到某一位置时,电压表的示数如图乙,若要测量小灯泡的额定功率,接下来的操作是 ;小科同学测量了六组且记下对应的电压表(0.5V、1.0V、、3.0V)和电流表的示数,并绘制成图丙所示的1一U图像,可计算出小灯泡的额定功率是 w。
(3)根据图丙分析,为完成上述整个实验,最合理的滑动变阻器应选 。
A.“0.5A 10Ω” B.“1A 20Ω” C.“1A 60Ω" D.“0.2A 200Ω”
8.在“测定小灯泡的电功率”的实验中,使用用如图甲所示的电路,其中电源电压保持6V不变,小灯泡额定电压为2.5V(灯丝电阻约为12Ω)。
(1)为能顺利完成该实验探究,下列四种规格的滑动变阻器应选用 。
A.“10Ω;0.2A”的滑动变阻器 B.“10Ω;0.5A”的滑动变阻器
C.“20Ω;0.2A”的滑动变阻器 D.“20Ω;0.5A”的滑动变阻器
(2)电路连接完成后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不发光,电压表有示数,电流表无示数,若电路只有一处敌障,则故障障原因是:

(3)排除故障后,闭合开关,移动滑片至某一位置时,发现电压表的示数如图乙所示;此时为了测量小灯泡的额定功率,应将滑动变阻器的滑片向 端移动。(选填:“A”或“B”);
(4)多次测量,得出通过小灯泡的电流随它两端电压变化的关系如图丙所示。分析图像可知:该小灯泡正常发光时,滑动变阻器的功率为 W。
9.在“测量小灯泡额定功率”实验中,同学们进行了如下研究。
(1)【实验器材】规格为“3.8V”的小灯泡、学生电源(电压恒为6V)、电流表、电压表、开关、滑动变阻器(“40Ω 1A”)等各一只,导线若干。
(2)【实验方案】按图甲电路进行实验,将量程为0~15伏的电压表并联到小灯泡两端,闭合开关,移动变阻器滑片使小灯泡正常发光,电流表示数如图乙所示,则该小灯泡的额定功率为 W。
(3)【实验反思】电压表选用0~15伏量程与电压表选用03伏的量程相比,会导致3.8伏读数不够精确,这是因为 。
实验改进:现电压表选用0~3伏的量程,并将其并联到滑动变阻器两端,调节滑片使电压表示数为2.2伏,即可减小误差。
(4)【重新实验】重新设计了如图丙所示电路图,电压表选用0~3伏量程。按照规范操作,闭合开关,电压表示数如图丁所示,出现此现象的原因是
(从阻值角度分析)。同学们通过一定的措施后按图内完成了实验。
(5)【分析评价】在老师的指导下,同学们对实验展开分析讨论时得知:导线、电源、电流表等也有电阻,可能会影响实验结果。你认为改进后重新实验测出的小灯泡“额定功率”与真实的小灯泡额定功率相比 (填“偏大”“偏小”或“相等”)。
参考答案
(1)当小灯泡正常发光时,UL=3.8伏,灯丝电阻约为10欧,此时电流I=0.38安,滑动变阻器两端的电压为UR=9伏一3.8伏=5.2伏,滑动变阻器接入电路的阻值R= 13.7欧,所以滑动变阻器应选I0.38安“20Ω 2A”。
三次实验电压表的示数都接近3.8伏,此时对应的电流都为额定电流,为了减小误差,可以取这三次额定功率的平均值。
(4)BP 部分是电阻丝,阻值较大,而PC部分电阻小,甚至可以将它忽略,根据焦耳定律可知,电阻越大,产生的热量越多。
答案(1)“20Ω 2A” (2)见解图
合理,由于3.8伏中的“8”是估计的,导致额定功率应该是三次测量值的平均值,故这种求平均功率的方法是合理的
BP部分与PC部分串联,且BP部分比PC部分电阻大,根据焦耳定律可知,BP部分产生的热量多
(1)测定“小灯泡电功率”的实验中,电压表并联在小灯泡两端,小灯泡额定电压为2.5V,故电压表选择小量程;滑动变阻器“一上一下”串联接入电路;如下图所示:
由图丙可知,灯的电压为2.5V时,通过的电流为0.4A,所以小灯泡的额定功率为: PL=ULIL=2.5V×0.4A=1W; (3)电源由三节干电池,所以电源电压4.5V; 小科同学测量的六组实验中,灯泡两端电压最小0.5V,由分压原理知,变阻器连入电路的阻值最大, 由图象知,电路中电流约为0.1A, 则此时变阻器连入电路的阻值为: R= 40Ω由图像知,灯泡电压为3V时的电流大于0.4A,所以应选择“1A60Q"的变阻器,故选:C。
故答案为:(1)见解答图; (2)1; (3)C。
3.(1)经分析,闭合开关,小明发现两电表指针处于图乙所示位置,即电压表的示数等于电源电压,电流表的示数为零,则故障为灯断路;
(2)由图知阴影部分面积等于电压为0.5V时电压与电流的乘积,根据P=U知阴影部分面积为电压为0.5V 时的电功率:P-U=0.5V×0.1A=0.05W; 由图可知,当变阻器连入电路中最大电阻时,电路中电流I=0.1A最小,变阻器的电压为: U滑=3V-1.0V=2V, 由欧姆定律变阻器接入电路的电阻: R=20Ω,故选用"30Ω 1A”滑动变阻器, 选C;
(4)由图4可知,灯泡的两端电压增加的幅度要大于电流增加的幅度,由于滑动变阻器和灯泡串联,其电流相等,电压之和等于电源电压,电源为定值,故滑动变阻器两端对应的电压减小幅度也要大于电流减小的幅度,故他们画出的滑动变阻器的U-图像应为图丁中的曲线1。
故答案为:(1)小灯泡断路;(2)小灯泡电压为0.5 伏时的电功率大小0.05W;C;(3)1。
4.(1)(2)断路;电压表(3)0.7(4)小于
5.(1)小黄根据如图甲的电路图连接了电路,调节滑动变阻器的滑片,当电压表示数为2V,电流表示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值0.02A,其示数为0.2A,则小火灯泡的电功率为: P=UI=2V ×0.2A=0.4W;
(2)小颜将以上实验的小灯泡更换成了不同阻值的定值电阻,闭合开关并改变滑片位置,使定值电阻两端电压始终保持不变,记录每次的电流值和电阻值,根据控制变量法的思想,小颜的这个实验是在研究电流与电阻的关系;
(3)由表中数据知,电压与电流的比一直在变化,且电压表越大,电路中的电流越小,说明定值电阻与滑动变阻器串联,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,电流表测量的是电路中的电流,故C正确。
故答案为:(1)0.4W, (2)电流与电阻; (3)C
(1)不发光 (2)0.75 (3)S1和S2; (I2-I1)R0/I1
7.(1)图略 (2)移动滑动变阻器的滑片,直到电压表的示数为2.5;1W (3)C
8.(1)D (2)小灯泡断路 (3)B (4)0.7W
详解:(1)根据题意知道,电源电压是U-6V,灯泡正常工作时,灯泡额定电压是U灯=2.5V,所以,滑动变阻器两端电压是: U滑=6V-2.5V=3.5V,
又因为灯泡电阻约R灯=12Ω,所以,电路电电流是: I≈0.21A,
此时滑动变阻器连入阻值是: R滑≈16.7Ω,
所以应选“20Ω 0.5A”的滑动变阻器,即D符合题意;
闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表无示数,但电压表有示数,说明在电压表两接线柱之间的电路是断路,所以,出现故障的原因是小灯泡断路;
(3)由图乙知道,电压表使用0-3V量程,分度值0.1V,示数为2.2V,由于小灯泡额定电压为2.5V,所以,要测量小灯泡的额定功率,需要增大灯泡电压, 由串联电路的分压原理知道,应减小滑动变阻器连入阻值,即滑片应向B端移动;
(4)当电压表示数为2.5V时,灯泡正常发光,由丙图象知道,此时灯泡的电流为0.2A,滑动变阻器两端的电压是: U滑=6V-2.5V=3.5V; 故滑动变阻器的功率是P=0.7W
9.(2)1.064; (3)电压表0~15V量程的分度值太大;(4)滑动变阻器接入电路的阻值太大;(5)偏小