2020年中考物理 必考25个实验考学练 实验24 伏安法测小灯泡功率的实验（含解析）

实验二十四、测小灯泡的电功率的实验【实验原理】：P=UI【实验器材】：电源、小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干。【实验电路】：【实验步骤】：①按电路图连接好电路，断开开关，将滑动变阻器的滑片置于阻值最大的位置；②闭合开关，调节滑动变阻器，使灯泡在额定电压下发光，观察电流表和电压表的示数，记录为Ie、Ue，记录小灯泡的亮度；③调节滑动变阻器，使灯泡两端的电压为额定电压的1.2倍，观察电流表和电压表的示数，记录为I1，U1，记录小灯泡的亮度；④调节滑动变阻器，使灯泡两端的电压低于额定电压，观察电流表和电压表的示数，记录为I2，U2，记录小灯泡的亮度；⑤重复步骤4两次，观察电流表和电压表的示数，记录为I3、U3，I4、U4，记录小灯泡的亮度；⑥根据P=UI，算出小灯泡的额定功率Pe和实际功率的电功率P1……P4；⑦分析数据，整理器材。【实验结论】：①小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮；②当小灯泡的两端的电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于额定功率，小灯泡正常发光；③当小灯泡的两端的电压大于额定电压时，小灯泡的实际功率大于额定功率，小灯泡发光比正常情况下亮；④当小灯泡的两端的电压小于额定电压时，小灯泡的实际功率小于额定功率，小灯泡发光比正常情况下暗。【考点方向】：1、电源的选择：电源电压应高于小灯泡的额定电压。例如：，至少要选择2节干电池串联作电源，学生电源选择3V的电源。2、电压表的量程应大于，电流表的量程应大于灯泡正常的工作电流；在被测电压、电流不超电压表、电流表量程的情况下，应尽可能选用小量程；例如的小灯泡电压表量程选0—3V，电流表选0—0.6A的量程。3、滑动变阻器的允许通过最大电流要大于灯泡的正常工作电流，而其最大阻值应与灯泡的电阻差不多，以便调节效果明显。4、滑动变阻器的作用：①保护电路；②将小灯泡两端电压调成额定电压。5、实验多次测量的目的：测量小灯泡在不同电压下的电功率，并进行比较。6、相同电压下LED灯比小灯泡亮的原因是：LED灯的电能转化光能的效率比白炽灯的高。7、为什么不能通过求平均值求小灯泡的额定功率？额定功率是小灯泡额定电压下的功率，多次测量算出的功率不是额定功率。8、实验中，调节滑动变阻器发现小灯泡一直比较亮，是由于：滑动变阻器接法错误，错误地接成了上面两个接线柱，相当于接入电路中的是导线。9、实验中，调节滑动变阻器发现小灯泡一直比较暗，是由于：滑动变阻器接法错误，错误地接成了，滑动变阻器的下面两个接线柱，电路中相当于接入了一个定值电阻。10、实验中如果发现小灯泡不亮原因可能是：灯泡被短路、干路断路、电池电压太小、灯泡被短路、电路中阻值过大，电流太小。11、实验进行一段时间后发现，小灯泡有些变暗，电流表示数稍微减小，电池电压假设没有损耗，其中原因可能是：小灯泡的电阻随温度的升高而增大，根据欧姆定律，使电流变小。【创新母题】：为了测量小灯泡的额定功率并探究小灯泡亮度与实际功率的关系，某校物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路，标有“2.5V”字样的小灯泡电阻约为10Ω，电源电压6V，可供选用的滑动变阻器有“10Ω1A”的R1和“20Ω1A”的R2。（1）该实验的原理是：。（2）为了完成实验，你认为应该选用的滑动变阻器是_____。（选填“R1”或“R2”）（3）请用笔划线代替导线将图甲的实验电路补充完整_________。（要求：滑动变阻器滑片向右移动时，灯泡变亮）（4）电路正确连按后，闭合开关，他们发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表指针明显偏转，你认为造成这一现象的原因可能是_____。（选填字母）A．电流表断路B．小灯泡短路C．小灯泡灯丝断了D．滑动变阻器短路（5）排除故障后，当滑动变阻器的滑片移到某一位置时，某同学从“0﹣15V”量程的刻度线看出指针停在10V处，此时发现小灯泡亮度较；若要测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片向_____移（选填“左”或“右”）直到小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是_____W。（6）根据收集到的实验数据，同学们得出了灯泡亮度与实际功率的关系。在分析论证过程中，勤于思考的小明发现小灯泡在不同亮度下，它两端的电压与电流的比值不一样，你认为其主要原因是_____。（7）另一小组实验时，发现电流表已经损坏，为了测出该小灯泡的额定功率，小组在实验室选了一个10Ω的电阻R0和一个单刀双掷开关，设计了如图丙所示的电路并完成了该实验（电源电压不变）；①闭合开关S，S1接b，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，记录电压表示数U1。②闭合开关S，滑动变阻器滑片保持不动，S1接a，读出此时电压表示数为U2。则小灯泡额定功率P额=________（用R0、U1、U2表示）。【答案】：(1)P=UI；(2)R2；(3)如下图(4)C；(5)暗；右；0.65(6)灯的电阻随温度的升高而变大；(7)U1(U2-U1)/R0。【解析】：（1）测小灯泡的额定功率是利用伏安法来完成的，即原理是P=UI；（2）灯的额定电压为2.5V，小灯泡电阻约为10Ω，由欧姆定律，灯的额定电流约为：I=UL/R=2.5V/10Ω=0.25A，电源电压6V，当灯正常发光时，由串联电路的规律和欧姆定律，变阻器连入电路中的电阻：R滑=（U-UL）/I=（6V-2.5V）/0.25A=14Ω；选用的滑动变阻器“20Ω1A”的R2。（3）滑动变阻器滑片向右移动时，灯泡变亮，即电流变大，电阻变小，故滑片以右电阻丝连入电路中与灯串联，如下所示：（4）A．若电流表断路，整个电路断路，两表都没有示数，不符合题意；B．若小灯泡短路，则电压表示数为0，电流表有示数，不符合题意；C．若小灯泡灯丝断了，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表与电源连通测电源电压，电压表指针明显偏转，符合题意；D．若滑动变阻器短路，电流表有示数，电压表有示数，不符合题意，故选C；（5）灯在额定电压下正常发光，排除故障后，当滑动变阻器的滑片移到某一位置时，某同学从“0-15V”量程的刻度线看出指针停在10V处，则对应小量程的2V，小于灯的额定电压2.5V，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向右移动，直到电压表示数为额定电压；此时电流表的示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流大小为0.26A，则小灯泡的额定功率是：P=UI=2.5V×0.26A=0.65W；（6）灯的实际功率越大，灯越亮，灯的温度越高，因灯的电阻随温度的升高而变大，故灯丝的电阻越大，由欧姆定律，灯两端的电压与电流的比值即为灯的电阻，故不一样。（7）因为R0与灯泡串联，所以R0两端的电压为U2-U1，所以干路电流I=(U2-U1)/R0，所以P额=U1I=U1(U2-U1)/R0。练习1：（2019毕节）在“测量小灯泡的电功率”的实验中，实验室提供的器材有：小灯泡（额定电压为2.5V，正常发光时灯丝电阻约为9Ω）、电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、滑动变阻器、开关各一个，导线若干。（1）小杨同学检查器材完好后，按图1所示的电路图连接电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于（选填“A”或“B”）端。（2）当闭合开关时，发现电流表指针偏转情况如图2所示，造成这种现象的原因是。（3）小杨同学纠正了错误，正确连接好电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有示数，请分析出现这种现象的原因是。（4）为测量小灯泡的额定功率，接下来的操作应该是调节滑动变阻器，，读出并记录电流表的示数。（5）当电压表的示数如图3所示，电路中的电流为0.3A时，则小灯泡的实际功率为W。【答案】：（1）B；（2）电流表正负接线柱接反了造成的；（3）小灯泡实际功率太小，不足以让小灯泡发光；（4）使小灯泡两端电压为2.5V；（5）0.72。【解析】：（1）闭合开关前，滑动变阻器的滑片在阻值最大处，即B端；（2）由图2所示电流表可知，测量电流过程中，电流表指针反向偏转，这是由于电流表正负接线柱接反了造成的；（3）闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表和电压表示数均较小，则说明滑动变阻器的电阻较大，使得灯泡的实际功率太小造成；（4）要想测量小灯泡的额定功率，此时应减小滑动变阻器的阻值，使小灯泡两端电压为2.5V；（5）电压表选择0～3V量程，每一个大格代表1V，每一个小格代表0.1V，电压表的示数为2.4V，小灯泡的实际功率为：P＝UI＝2.4V×0.3A＝0.72W。练习2：（2019枣庄）在“测量小灯泡的电功率”实验中，提供的器材有：6V的电源一个，2.5V的小灯泡（电阻约为10Ω）一个，电流表（0～0.6A，0～3A）和电压表（0～3V，0～15V）各一个，“50Ω2A”的滑动变阻器A和“10Ω1A”的滑动变阻器B各一个，开关一个，导线若干。（1）通过估算，你应选用的滑动变阻器是（选填“A”或“B”）。（2）闭合开关前，经检查发现某同学连接的电路有一根导线连接错误，请你在图甲中错误的连线上画“×”，并只移动一根导线，用笔画线代替导线将电路连接正确。（3）连线好电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，则故障原因可能是小灯泡（选填“短路”或“断路”）。（4）故障移除后，移动变阻器的滑片，当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是W，小灯泡正常工作时的电阻是Ω，（小数点后保留1位小数）（5）根据测出的数据，作出了小灯泡的电流I与电压U的关系图线，发现该图线不是一条直线，如图丙所示，其原因是温度升高，灯丝电阻（选填“增大”或“减小”）。【答案】：（1）A；（2）如下；（3）短路；（4）0.75；8.3；（5）增大。【解析】：解：（1）2.5V的小灯泡，电阻约为10Ω，由欧姆定律，灯的额定电流约为：I=𝑈𝐿𝑅=2.5𝑉10𝛺=0.25A，由串联电路的规律及欧姆定律，灯正常发时变阻器连入的电阻：R滑=𝑈−𝑈𝐿𝐼=6𝑉−2.5𝑉0.25𝐴=14Ω，故选滑动变阻器是A；（2）原电路中，灯短路了，电压表串联在电路中是错误的，灯与电流表串联，电压表与灯并联，如下所示：（3）连线好电路后，闭合开关，电流表有示数，则电路为通路，发现小灯泡不亮，电压表无示数，则故障原因可能是小灯泡短路；（4）故障移除后，移动变阻器的滑片，当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.3A，则小灯泡的额定功率是：P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W，由欧姆定律，小灯泡正常工作时的电阻是：R=𝑈𝐼=2.5𝑉0.3𝐴≈8.3Ω；（5）如图丙所示，小灯泡的电流I与电压U的关系图线不是一条直线，其原因是温度升高，灯丝电阻增大。练习3：（2019济宁）小明用如图14所示的电路测量额定电压为2.5V小灯泡的电功率.（1）电源电压为6V,小灯泡的电阻约为10Ω有两个不同规格的滑动变阻器:甲标有“10Ω1A”,乙标有“50Ω2A”,实验时应该选择滑动变阻器(选填“甲”或“乙”)。实验次数灯泡两端电压U/V通过灯丝电流I/A灯泡电功率P/W灯泡的亮度12.200.28比正常发光暗22.500.30正常发光32.800.32比正常发光亮（2）小明将实验数据和现象填写在下表中①可得出的实验结论:(写出一条即可);②小灯泡的额定功率为W（3）小明用上面的实验器材测量电阻R2阻值时,发现电压表已损坏,重新设计电路,选了一个阻值已知的R1,连接电路如图所示。他先将导线C端接到电流表“一”接线柱上,电流表读数为I1,后将导线C端接到电流表“3”接线柱上,电流表读数为I2,则R的阻值为(用已知字母表示)。【答案】：（1）乙；（2）①电灯泡的实际功率随实际电压变化而变化，实际功率越大，灯越亮；②0.75；（3）I2R1/(I1-I2)。【解析】：(1)灯的额定电压为2.5V,小灯泡的电阻约为10Ω,由欧姆定律可知,灯的额定电流约为:I=UL/R=2.5V/10Ω=0.25A,根据串联电路电压的规律,此时