16.3测量电功率(要点讲解+当堂检测+答案)

沪科版物理九年级上册同步学案
第十六章　电流做功与电功率
第三节　测量电功率
要 点 讲 解
要点一　伏安法测电功率
1. 实验原理：P＝UI。
2. 实验器材：电源、滑动变阻器、电压表、电流表、小灯泡、开关、导线若干。
3. 实验电路图：设计实验电路图如图所示，由于需要多次改变小灯泡两端的电压，所以要使用滑动变阻器来调节。
4. 实验过程：
(1)将实验器材按电路图连接好；
(2)将滑动变阻器的滑片置于阻值最大处；
(3)闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压达到小灯泡的额定电压，此时小灯泡正常发光，记下此时电压表、电流表的示数；
(4)再次调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压低于额定电压，观察小灯泡的发光情况，记下电压表、电流表的示数；
(5)调节滑片，使小灯泡两端的电压略高于额定电压(不高于额定电压的1.2倍)，观察小灯泡的发光情况，记下电压表、电流表的示数。
5. 实验记录：将测量数据填入下面的表格中。
次序
电压/V
电流/A
电功率/W
灯泡亮度
1
2
3
6. 实验结论：
(1)当实际电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于其额定功率，此时小灯泡正常发光。
(2)当实际电压大于额定电压时，小灯泡的实际功率大于其额定功率，此时小灯泡发光比正常发光时亮。
(3)当实际电压小于额定电压时，小灯泡的实际功率小于其额定功率，此时小灯泡发光较暗。
经典例题1　小华观察家中手电筒，发现里面只有一个LED灯，其额定电压为1.5V，他想测出该LED灯的额定功率。
(1)请在图甲中用笔画线代替导线完成实物电路的连接。
(2)连接电路时，开关应处于________(选填“断开”或“闭合”)状态，滑动变阻器的滑片应处于最________(选填“左”或“右”)端。
(3)连好电路后闭合开关，发现LED灯不发光，电流表示数几乎为0，电压表示数约为3V，则该电路的故障可能是LED灯________(选填“短路”或“开路”)。
(4)排除故障后，经过多次测量得到实验数据如下：
实验序号
电压U/V
电流I/A
电功率P/W
1
1.0
0.30
0.30
2
1.2
0.42
0.50
3
1.5
第3次实验时，电流表示数如图乙所示，读数为________A，则该LED灯的额定功率为________W。当LED灯两端的实际电压小于额定电压时，其实际功率________额定功率。
(5)进一步分析发现，当LED灯两端的电压增大时，其电阻将________。
解析：(1)电流表应串联在电路中，根据图乙可知，电流表选择0～0.6A量程，故将电流表中间的接线柱与滑动变阻器上面任一接线柱相连即可。(2)连接电路时，为了保护电路元件，开关应处于断开状态，滑动变阻器应处于最大阻值处，因此滑片应处于远离下接线柱的一端，即左端。(3)若LED灯短路，则与其并联的电压表也会被短路，此时电压表示数为0，与题意不符；若LED灯开路，电压表相当于串联在电路中，此时电压表测量电源电压，因此有示数，由于电压表电阻非常大，所以电路中电流非常小，以至于电流表示数几乎为0，故该电路的故障可能是LED灯开路。(4)如图乙，电流表的量程是0～0.6A，分度值是0.02A，根据指针的位置，可知电流表示数是0.58A，LED灯的额定功率P＝IU＝0.58A×1.5V＝0.87W，当LED灯两端的实际电压小于额定电压时，其实际电流小于额定电流，根据公式P＝IU，则实际功率小于额定功率。(5)根据R＝计算出三次实验LED灯的电阻，可以发现当LED灯两端的电压增大时，其电阻将减小。
答案：(1)如图所示。
(2)断开　左　(3)开路　(4)0.58　0.87　小于　(5)减小(或变小)
要点二　用电能表、停表测电功率
1. 原理：P＝。
2. 实验步骤：
(1)记下电能表表盘上每千瓦时的转数N；
(2)关闭其他用电器，只让待测用电器工作；
(3)用停表或钟表测量待测用电器工作时电能表转盘转n转所用的时间t。
3. 计算待测用电器的实际功率：电能表转1转电流做的功W1＝kW·h，电能表转盘转n转电流做的功W＝×3.6×106J，用电器的实际功率P＝＝。
拓展：
(1)用电器铭牌上标有“220V　100W”其含义是：额定电压、额定功率分别是220V、100W。
(2)对于用电器来说，额定功率、额定电压是一个定值。
(3)用电器在实际电路中消耗的功率称为实际功率，只有在实际电压等于额定电压时，实际功率才等于额定功率。
(4)电器正常工作时，P额＝U额I额，若是纯电阻电路，P额＝ ＝IR；在实际电路中，P实＝U实I实，若是纯电阻电路，P实＝＝IR。
经典例题2　如图是某家庭电路的电子式电能表表盘的部分数据(imp表示电能表指示灯闪烁的次数)。当电路中某用电器单独工作6min时，电能表指示灯闪烁了320imp，则在上述时间内，该用电器消耗的电能是________kW·h，用电器的功率是________W。
单相电子式电能表
DDS879　3200imp/(kW·h)
220V　5(20)A　50Hz
解析：3200imp/(kW·h)表示的是电路中每消耗1kW·h的电能，电能表指示灯闪烁3200次，或者表示电能表指示灯每闪烁1次，电路中消耗kW·h的电能，指示灯闪烁320次，电路消耗电能为W＝320×kW·h＝0.1kW·h，用电器的功率P＝＝＝1kW＝1000W。
答案：0.1　1000
点拨：在利用公式P＝计算电能时要注意单位的统一，当W的单位是kW·h时，t的单位必须是h，这样得到P的单位是kW。
易错易混警示　测量电功率时，把三次电功率的平均值作为小灯泡的额定功率
额定功率是小灯泡在额定电压下工作时的电功率，加在小灯泡两端的实际电压不同，小灯泡的实际功率也不同，实际功率有可能等于额定功率，也可能比额定功率大或比额定功率小，所以，不能将多次测量的电功率求平均值定为额定功率。
经典例题3　小宜同学在测小灯泡(额定电压为3.8V)的电功率的实验中，为了能得到比较准确的小灯泡的额定功率，改变接入电路的滑动变阻器的阻值，得到三组数据。
实验序号
电压表示数/V
电流表示数/A
电功率/W
额定功率/W
1
3.00
0.36
1.08
P额＝W≈1.50W
2
3.80
0.40
1.52
3
4.50
0.42
1.89
(1)老师认为小宜同学通过三次测量得到三组数据，算出三个电功率值，再求平均值得到额定功率的方法有误，为什么？
(2)你认为正确测量结果P额＝________W。
解析：额定功率是用电器与额定电压或额定电流对应的功率。当滑动变阻器接入电路的电阻变化时，小灯泡两端的电压也变化，小灯泡的实际电压与额定电压不相等，此时小灯泡的电功率不再是额定功率，因此不能用多次测量求平均值的方法求额定功率。
答案：(1)额定功率是用电器与额定电压或额定电流对应的功率，当滑动变阻器接入电路的电阻变化时，小灯泡两端的电压也变化，小灯泡的实际功率是变化的，多次测量求平均值算出的电功率不是额定功率。　(2)1.52
当 堂 检 测
1. )在“测量小灯泡电功率”的实验中，当用手移动变阻器滑片时，眼睛应观察(　　)
A. 灯泡发光情况 B. 电流表的示数
C. 电压表的示数 D. 变阻器滑片的位置
2. 某同学利用如图所示电路，测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是(　　)
A. 闭合开关前，滑片P应滑到B端
B. 闭合开关后，小灯泡不发光，一定是小灯泡丝断了
C. 当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率
D. 实验还可得知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮
3. 甲、乙两灯分别标有“6V　3W”和“6V　6W”字样，先将两灯串联后接在电压为U的电路中，甲灯的功率为P1；再将两灯并联后接在同一电压下，乙灯的功率为P2。两次灯泡均不损坏，忽略温度对灯丝电阻的影响，则P1∶P2为(　　)
A. 9∶2　　　　 B. 2∶9 C. 4∶9 D. 1∶9
4. 为了测定小灯泡的功率，在具体的实验操作过程中，手和眼的分工应该是(　　)
A. 手移动滑动变阻器的滑片，眼观察电压表
B. 手移动滑动变阻器的滑片，眼观察电流表
C. 手移动滑动变阻器的滑片，眼看小灯泡是否发光
D. 手按开关，眼观察电流表
5. 如图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. 灯丝电阻值过大
6. 除伏安法测量用电器电功率之外，我们也可以通过使用 直接测出用电器所消耗的电能，再用 测出时间，然后由公式　 　计算出电功率。
7. 为了测定小灯泡的额定功率，提供了下列器材：待测小灯泡(额定电流为0.5A，额定功率不超过1.5W)、电压表(0～3V和0～15V两个量程档)、电流表(0～0.6A和0～3A两个量程档)、滑动变阻器、电源、开关、导线。
(1)正常情况下实验中电流表应选用 A量程档，电压表应选用 V量程档。
(2)做上述实验时发现选用的电压表量程档损坏，而另一量程档及其他器材都完好。为了测定小灯泡的额定功率，他们改用另一量程档和阻值为6Ω的定值电阻R0，按如图甲所示的电路进行测量。闭合开关，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，这时，电压表的示数如图乙所示，该示数为 V，小灯泡的额定电压为 V，额定功率为 W。
甲 乙
8. 太阳光照射到一种新型的太阳能汽车的电池板上的辐射总功率为8×103W。在晴朗的天气，电池板对着太阳时产生的电压为160V，并对车上的电动机提供10A的电流。问：
(1)在这种情况下电动机消耗的电功率是多大？
(2)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？
(3)你认为太阳能汽车跟我们现在使用的汽车相比，有什么优点？
当堂检测参考答案
1. C 2. B 3. B 4. A 5. B
6. 电能表 停表 P＝
7. (1)0～0.6 0～3 (2)5.5 2.5 1.25
8. 解：(1)电动机消耗的电功率P＝UI＝160V×10A＝1600W。　
(2)太阳能转化为电能的效率η＝＝×100%＝20%。　
(3)环保，无尾气污染等。(其他答案合理即可)