13.3学生实验：探究——小灯泡的电功率(要点讲解+当堂检测+答案)

北师大版物理九年级上册同步学案
第十三章　电功和电功率
第三节　学生实验：探究——小灯泡的电功率
要 点 讲 解
要点　测量小灯泡的电功率
1. 伏安法测量小灯泡的电功率
(1)实验目的：学习用电压表和电流表测量小灯泡的额定功率和实际功率。
(2)实验原理：P＝UI。测出小灯泡两端的电压U和通过小灯泡的电流I，就可以运用公式计算功率。此法也可称为“伏安法”。
(3)实验设计：
①实验器材：小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、电源、开关、导线等。
②实验电路图：如图所示。
(4)实验步骤：
实验前观察小灯泡的额定电压，然后按设计的电路图连接实物电路，注意测量在以下三种情况下小灯泡的功率：
①使小灯泡在额定电压下工作，测出小灯泡的功率。
②使小灯泡两端的电压约为额定电压的1.2倍，观察小灯泡的亮度，测出其功率。
③使小灯泡两端的电压低于额定电压，观察小灯泡的亮度，测出它的功率。
2. 拓展：(1)连接电路时，开关处于断开状态；开关闭合前，滑动变阻器连入电路中的阻值应是最大。
(2)电流表、电压表的量程要选择正确，并正确连入电路中。
(3)在测量小灯泡两端电压高于额定电压时的实际功率时，小灯泡两端电压不能超过其额定电压的120%，且实验操作要快，不能让小灯泡长时间在高于额定电压的情况下工作，否则会烧坏小灯泡。
(4)选择电源时，电源的电压要适当高于小灯泡的额定电压。选择滑动变阻器时，要注意：滑动变阻器允许通过的最大电流要大于小灯泡正常工作时的电流。
(5)在分析实验数据时，不能将三次测量的电功率值相知取平均值，因为小灯泡在三种电压状态下的电功率不是定值，不能像测电阻那样测三次取平均值。
(6)开始实验前，要检查电路，看有无短路现象并进行试触，利用试触法选择合适的电流表和电压表的量程，实验结束之后，要先断开开关，再拆电路并整理器材。
3. 多种测量小灯泡电功率的方法
电路原理图
直接测量的物理量
灯泡电功率的表达式
名称
待测灯泡两端电压U、待测灯泡中的电流I
P＝UI
伏安法
电压表V1、V2的示数U1、U2
P＝U2·
伏阻法
电流表A1、A2的示数I1、I2
P＝I1R0I2
安阻法
闭合S、S2，断开S1，记录电压表示数U1；断开S2，闭合S、S1，记录电压表示数U2
P＝(U2－U1)·
伏阻法
调节电阻箱至恰当数值，记录此时电压表示数U0与电阻箱阻值R0
P＝(U－U0) ·
伏阻法
4. 用电能表测量家用电器的电功率
电能表上标着“n r/(kW·h)”，它表示每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转过n圈，利用这个数据以及记录的转盘转过的圈数，可以算出用电器消耗的电能；根据用电器消耗的电能W以及消耗这些电能所用的时间t，代入电功率公式P＝，可以算出该用电器的实际功率。
经典例题1　如图甲是测量标有“3.8V”字样的小灯泡额定功率的电路图。
(1)连接电路时，开关应处于________状态，滑动变阻器的滑片应移到最________端。
(2)当电压表示数为3.8V时，电流表的示数如图乙所示，是________A，由此可得，小灯泡的额定功率为________W。
(3)在实验中，小明把电流表与电压表的位置互换，闭合开关后造成________(填选项前的字母)。
A. 电流表被烧坏 B. 电压表被烧坏
C. 小灯泡被烧坏 D. 小灯泡不亮
(4)小强的电流表损坏了，老师告诉他已经没有电流表可换，而给了他一个已知阻值为R的定值电阻和若干个开关，小强重新设计了如图所示的电路，在不改变该电路连接的情况下，也能正确测出小灯泡的额定功率。
正确连接电路后，接下来的实验步骤是：
①_______________________________________________________；
②保持滑片位置不动，断开开关S1，闭合开关S、S2，记下电压表的示数U2；
③得出小灯泡的额定功率的表达式P＝________。
解析：(1)为了保护电路，滑动变阻器滑片应拨至使接入电路的阻值最大处。(2)电灯的额定电压是3.8V，额定功率P额＝U额I额＝3.8V×0.3A＝1.14W。(3)两表位置互换后电压表串联在干路中，因为电压表自身电阻极大，所以电路中电流极小，电灯不发光，故选D。(4)新设计的电路中加入了定值电阻但没有电流表，设计思路应是根据欧姆定律I＝来间接求灯泡正常发光时的电流大小，应先使灯泡两端的电压为U1＝3.8V，再测出小灯泡与定值电阻两端的总电压U2，两者之差为定值电阻两端的电压UR＝U2－3.8V，电路中的电流I＝，小灯泡的额定功率P＝U1I＝。
答案：(1)断开　左　(2)0.3　1.14　(3)D　(4)①断开开关S2，闭合开关S、S1，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为3.8V　③
易错易混警示　电路故障的分析及排除易出错
在“用伏安法测小灯泡的电功率”的实验中，实验故障是经常出现的。例如滑动变阻器、电流表、电压表的接法错误致使电路出现断路或短路，我们在分析并排除电路故障时容易出现错误。下面列举几种实验中常见电路故障的判断方法：
故障1：闭合开关，灯泡不亮，电流表、电压表无示数。
判断：(1)电源、电流表、开关或滑动变阻器损坏；(2)接线柱接触不良；(3)连接导线断开。
故障2：闭合开关，灯泡不亮，电流表几乎无示数，电压表指针明显偏转。
判断：(1)灯泡的灯丝断了或灯座与灯泡接触不良；(2)电压表和电流表的位置接反了。
故障3：滑动变阻器的滑片滑动时，两电表示数及灯泡亮度无变化。
判断：滑动变阻器全部连为上接线柱或下接线柱，没有遵循“一上一下”的接线原则。
故障4：无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数总小于灯泡的额定电压。
判断：电源电压过低，需要换电源。
经典例题2　在“测量小灯泡的电功率”的实验中，小悦设计了如图所示的电路。已知小灯泡的额定电压为3.8V，电源电压恒为6V。
(1)为保证电路的安全，连接器材时，小悦应该_________________开关。
(2)闭合开关进行实验时，小悦发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电流表和电压表的示数都不发生变化，且灯泡发光较暗，产生这种现象的原因是________________________________________。
(3)排除故障后，小悦移动滑动变阻器的滑片P至某一位置时，电压表示数是2.7V，为使小灯泡正常发光，她应将滑片P向________(选填“a”或“b”)端移动。
(4)当小灯泡正常发光时，电流表的示数为0.3A，则小灯泡的额定功率是________W。
解析：(1)在连接电路时，为保证电路的安全，开关应是断开的。(2)滑动变阻器不起作用，且分压过大，则一定是导线均连接在滑动变阻器下面的两个接线柱上了，正确的连接应是采用“一上一下”的接法。(3)小灯泡两端的电压为2.7V，小于其额定电压，根据串联电路的分压作用可知，滑动变阻器的滑片P应向a端移动，使电路中电流增大，小灯泡两端的电压增大到3.8V。(4)根据功率的计算式P＝UI得小灯泡的额定功率P额＝UI＝3.8V×0.3A＝1.14W。
答案：(1)断开　(2)导线连接到滑动变阻器下面的两个接线柱上　(3)a　(4)1.14
当 堂 检 测
1. 在“伏安法测小灯泡的电功率”的实验中，滑动变阻器不能起到的作用是(　　)
A. 改变被测灯泡的额定功率 B. 改变被测灯泡两端的电压
C. 改变电路中的电流 D. 保护电路
2. 在课本上测量小灯泡电功率的实验中，把标有“2.5V”的灯泡L与滑动变阻器R串联后接在电压是5V的电源上，调节滑动变阻器，使灯泡正常发光，测得灯泡的功率为0.5W，以下说法不正确的是(　　)
A. 电流表读数为0.2A，变阻器两端电压为5V
B. 滑动变阻器连入电路的电阻R＝12.5Ω
C. 相等时间内，电流对L和R所做的电功相等
D. 灯泡L和滑动变阻器R的总功率P总＝1W
3. 某同学按照如图所示的电路图测定小灯泡的电功率，闭合开关S后，他观察到小灯泡不发光，但电流表、电压表指针有偏转。以下判断正确的是(　　)
A. 灯泡被短路 B. 灯泡的灯丝断了
C. 灯泡与灯座接触不良 D. 灯泡的实际功率比额定功率小得多
4. 如图甲所示是伏安法测小灯泡的电功率、电阻的实验电路图，小灯泡正常工作时，两电表的示数如图乙、丙所示，则下列说法中不正确的是(　　)
A. 在连接电路时，应将开关断开，并将变阻器接入电路的电阻调至最大
B. 小灯泡的额定功率为0.72W，此时小灯泡的电阻为40Ω
C. 如果将滑片P向a端滑动，则电压表的示数将变大
D. 如果将滑片P向b端滑动，则小灯泡的实际功率将小于额定功率
5. 如图所示是测定小灯泡电功率的电路图。电路连接正确后闭合开关，发现灯不亮，电流表指针稍有偏转，电压表指针几乎不动，产生这一现象的原因可能是(　　)
A. 滑动变阻器短路 B. 滑动变阻器连入电阻值过大
C. 灯泡断路 D. 灯丝电阻值过小
6. 测量小灯泡的电功率时，需要直接测出的物理量是 和 ，根据测得的数据，利用公式 来计算电功率。
7. 贾铭同学打算利用电能表来测量电视机实际消耗的电功率。他断开电能表连接的所有其他用电器，只把电视机打开，在t秒内测得电能表的表盘转了N转。如果电能表铭牌上标明每千瓦·时表盘转n转，则电视机的电功率为 瓦。
8. 某实验小组用伏安法测量小灯泡的电功率，待测小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)请用笔画线代替导线，完成图甲所示实物电路的连接。(要求：连线不得交叉，电压表量程要正确)

(2)检查电路连接无误后，闭合开关S，灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这一现象的原因可能是 。
(3)故障排除后进行实验，通过移动滑片记录了多组数据，并作出了如图乙所示的I－U图像。据图可知，小灯泡的额定功率为 W。
(4)现将该小灯泡与一个10Ω的定值电阻串联后接入电压为3V的电源两端，此时小灯泡的实际功率是 W。
当堂检测参考答案
1. A 2. A 3. D 4. B 5. B
6. 电流 电压 P＝UI
7. ×3.6×106
8. (1)如图所示。
(2)小灯泡断路 (3)0.75 (4)0.2