测量小灯泡的电功率 教学简案

测量小灯泡的电功率测量小灯泡的电功率 教学简案教学简案 课程导入课程导入 情境感悟情境感悟 炎热的夏季人们都感到酷热难耐 小明发现 每晚七点钟左右 家里灯泡发光开始变暗 到 二点以后 灯泡发光才明 显变 正常 了 小明感到奇怪 他通过观察发现 七点左右 使用空调的住户开始多了 起来 而到晚上 二点以后 使用空调的住户明显减少了 请你思考请你思考 灯泡亮度变暗 说明其 功率变小 即单位时间里电流做功变 了 探究新知探究新知 学点学点 1 测量小灯泡的电功率测量小灯泡的电功率 实验探究实验探究 探究影响灯泡亮度的因素探究影响灯泡亮度的因素 实验实验 1 夏天 晚上九点左右家里灯泡暗 用电压表测量家中插座电压 火线与零线 间的电压 测量结果是 190 210 V 实验实验 2 夏天 晚上 二点以后家里灯泡发光 正常 用电压表测量家中插座电压 火线与零线之间的电压 测量结果是 电压几乎为 220 V 问题研讨问题研讨 问题 1 影响灯泡亮度的因素是 依据是 问题 2 根据 公式可间接测量灯泡的功率 知识归纳知识归纳 伏安法伏安法 测量小灯泡的功率测量小灯泡的功率 1 实验原理 测量电功率可以使用专用的功率表 学生实验 常常通过电流和电压的测量 利用公 式 P UI 来间接计算用电器的电功率 2 实验器材 电源 滑动变阻器 电压表 电流表 小灯泡 灯座 开关 导线若干 3 实验电路图 如图 8 3 1 所示 4 实验步骤 1 按设计电路图连接实物 并设计实验记录表格 电压 U V电流 I A电功 P W灯泡的明亮程度 U U额 U U额 U U额 2 检查电路无误后 闭合开关 S 调节滑动变阻器 使小灯泡两端电压低于额定电 压 观察小灯泡的发光情况 并记下电压表和电流表的示数 代入公式 P IU 算出小灯 泡此时的实际功率 3 移动滑动变阻器的滑片 P 此时注意观察电压表的示数 当电压表的示数等于小 灯泡的额定电压时 停止滑动 并记下电流表的示数 代入 P IU 公式算出小灯泡的额定 功率 4 调节滑动变阻器 使小灯泡两端的电压为额定电压的 1 2 倍 观察小灯泡的发光 情况 并记下电压表和电流表的示数 代入公式 P IU 算出小灯泡此时的实际功率 5 整理实验器材 特别提示特别提示 1 连接电路时 应按顺序接线 开关处于断开状态 滑动变阻器应连入最大阻值 2 电压表应并联在小灯泡两端 电流表应串联在电路中 3 每一次实验完毕 记录数据时都应断开开关 4 在测小灯泡实际功率时 由于需要多次改变灯泡两端的电压 所以要使用滑动变 阻器来调节 不要让小灯泡两端电压高于额定电压大多 否则会烧坏小灯泡 5 实验中常见故障及排除方法 故障原因排除方法 闭合开关 电流表 电压表没 有示数 小灯泡不亮 电路出现断路 或接触 不良 逐次检查电路中每一根接线 是否接触良好 闭合开关 电流表没有示数 电压表有示数 但小灯泡不发光 灯丝断了或灯泡接触不 良 检查灯泡是否良好及灯泡接 触是否良好 闭合开关 电流表 电压表有 示数 调节滑动变阻器小灯泡亮 度不变 滑动变阻器接线错误 不能改变电路中电阻 检查滑动变阻器接线是否正 确 易混淆点提示易混淆点提示 在用 伏安法 测电阻和用 伏安法 测电功率两个实验中都用到了滑动变阻器来改 变电路中的电压 但前者是为了多次测量求平均值 后者则是为了让灯泡两端的电压高于 等于 低于其额定电压 以便在这三种情况下观察发光情况 例例 1 2005 年 德阳市课改实验区 在 测定小灯泡的功率 的实验中 小明同学 设计的电路如图 8 3 2 所示 他选用的小灯泡的额定电压为 2 5 V 电阻约为 8 电源为 两节干电池 1 请用笔画线代替导线 按照图 8 3 2 甲所示的电路图 将图乙的实物电路连接完 整 连线不得交叉 正确选用电表的量程 2 正确连好电路后 闭合开关前应把滑动变阻器滑片的位置调到 填写 最左边 或 最右边 3 连好电路后 闭合开关 S 小明发现灯泡不发光 电流表的示数为零 电压表的 示数为 3 V 产生故障的原因可能是 填写序号 A 小灯泡短路B 小灯泡的灯丝断了 C 小灯泡的灯座接触不良D 电压表的正 负接线柱接反 4 排除故障后 调节滑动变阻器使小灯泡在额定电压下正常发光时 电流表的示数 位置如图 8 3 2 丙所示 则灯泡的额定功率为 W 解析解析 1 分析图 8 3 2 甲 电压表的示数为 3 V 说明电路是通路 灯泡不发光 电流表的示数为零 只能说明电路中的电流值极小 这是灯泡断路造成的 灯泡断路使得 电流表 电压表 滑动变阻器串联 由欧姆定律和串联电路的电流规律有 因为 U IR 当 I 相等时 若 R 大则 U 大 由于电流表 滑动变阻器电阻都小 而电压表的电阻极大 所以电压表的示数约为 3 V 2 电流表的示数是 0 3 A 由 P IU 有 P 2 5 V 0 3 A 0 75 W 3 为了保护电路中的电压表 电流表 滑动变阻器初始状态的阻值应最大 答案答案 1 见图 8 3 3 2 右 3 B 4 0 75 W 特别提示特别提示 伏安法 测电功率涉及了整个电学的基础实验种类 使得本实验成为中考出考题的 热点 在中考中 围绕 P UI 的关系正确地测出小灯泡的功率 实验中各器材的选择以及 当缺少某些器材时如何进行实验都是常考知识点 多以填空 实验等题型进行考查 例例 2 在 测定小灯泡的功率 的实验中 为了测额定电压为 2 5 V 电阻约为 5 的小 灯泡的额定功率 至少要用 节干电池 电压表应和 并联 最好选用 的量程 电流表选用 的量程 为了测量额定功率 应选 来改变 的电压 对其要求是 解析解析 为了测出额定电压为 2 5 V 的小灯泡的额定功率 至少要用 2 节干电池串联即 得到电压为 3 V 的电源 由于电源的电压为 3 V 故电压表应选用 0 3 V 的量程 电路中 的最大电流 I R U 5 V3 0 6 A 即滑动变阻器不接入电路中时 电流也不会超过 0 6 A 故选用 0 0 6 A 的量程 答案答案 2 小灯泡 0 3 V 0 0 6 A 滑动变阻器 被测电功率的用电器 铭牌上的 电流 正常工作电流 等于或稍大于电路中的最大电流 解后反思解后反思 知道如何选择电压表 电流表的量程 方法是求出电路中的最大电压以及最大电流 再根据要求选择合适量程 不要认为选择大量程不会烧坏电表 所以在任何情况下都选择 大量程 这种观点是不对的 拓广延伸拓广延伸 思维发散思维发散 实验中易出现的错误实验中易出现的错误 例例 3 某同学在用电流表和电压表做 测定小灯泡的功率 的实验中 当合上开关 移动变阻器滑片的过程中发现 灯泡变亮时 电压表的示数反而变小 灯泡变暗时 电压 表的示数反而变大 经检查 所有器材均完好 1 根据上述情况画出该同学实验时的电路图 2 若按该同学实验时所连接的电路进行实验 结果电流表和电压表刻度盘如图 8 3 4 所示 已知电源电压为 6 V 则电流表的示数为 A 电压表的示数为 V 测得小灯泡的实际功率为 W 请将本题求解过程写在下面 解析解析 1 根据本题所描述的现象 灯泡变亮时 电压表的示数反而变小 灯泡变暗 时 电压表的示数反而变大 由此可以判断 电压表肯定没有与小灯泡并联 而在此电路 中只有小灯泡与滑动变阻器串联 由串联分压原理 电压表与滑动变阻器并联 因此电路 如图 8 3 5 所示 2 由图 8 3 4 所示 可读出电流表的示数为 0 5 A 电压表的示数为 1 8 V 小灯泡 两端的电压为 U灯 U U1 6 V 1 8 V 4 2 V 小灯泡的实际功率为 P U灯 I 4 2 V 0 5 A 2 1 W 答案答案 1 电路图如图 8 3 5 2 0 5 1 8 2 1 点评点评 本题的关键是判断小灯泡的亮度与实际电压的关系 根据公式 P U2 R 小灯泡的电 阻一定 灯泡越亮 实际功率越大 则小灯泡两端电压越大 信息处理信息处理 实验中的数据处理实验中的数据处理 例例 4 2005 年 温州自然科学 为了比较标有 2 5 V 和 3 8 V 小灯泡的额定功 率大小 小明利用实验室器材进行了如下实验 1 先连接电路 如图 8 3 6 所示 测定 2 5 V 小灯泡的电功率 并记录结果如 表一 然后小明从电路中取下 2 5 V 小灯泡 换上 3 8 V 小灯泡 并改用电压表 0 15 V 量程进行实验 闭合开关后 调节滑动变阻器 他发现电压表示数始终无法达 到 3 8 V 其原因是 2 补充实验条件后 小明继续实验并记录结果如表二 比较表一和表二数据 可知 正常发光时 哪只灯泡的电功率大 表一表一 2 5 V 小灯泡小灯泡 U VI A发光情况 2 00 26暗 2 50 30正常发光 3 00 33很亮 表二表二 3 8 V 小灯泡小灯泡 U VI A发光情况 3 00 28暗 3 80 31正常发光 4 50 34很亮 3 灯泡发光越亮时 灯丝的温度越高 那么灯丝电阻大小变化的情况是 你认为导致灯丝电阻变化的原因可能是 4 为验证你的看法 你可选择一段钨丝重新设计实验进行探究 探究的课题内容是 在实验探究的过程中 可保持钨丝两端电压不变 改变 观察通过钨 丝的电流是否发生变化 解析解析 1 测 3 8 V 小灯泡的额定功率 小灯泡的电压应为 3 8 V 而电源的电压 只有 3 0 V 故出现了电压表示数始终无法达到 3 8 V 的现象 2 由 P IU 和 R I U 得 数据表 2 5 V 小灯 泡的实际功率 2 5 V 小灯 泡的电阻 3 8 V 小灯 泡的实际功率 3 8 V 小灯 泡的电阻 暗光0 52 W7 69 0 84 W10 71 正常发光0 75 W8 33 1 178 W12 26 很亮0 99 W9 09 1 53 W13 24 答案答案 1 电源的电压小了 2 3 8 V 小灯泡的额定功率大 3 增大 灯丝温度升高 4 导体电阻跟导体的温度是否有关 钨丝温度 点评点评 3 小题易错答为 灯丝电阻变化是由于灯泡的电压升高了 产生错误的原因是对影 响电阻变化的原因了解不全面 方法拓展方法拓展 电功率的特殊测量方法电功率的特殊测量方法 例例 5 在一次测定小灯泡额定功率的实验中 老师给出了下列器材 额定电压为 U0的 小灯泡 电源 电压未知 一个阻值为 R 的电阻 一个滑动变阻器 一只电流表 一个 单刀双掷开关和若干导线 实验时不能忽略灯丝的电阻随温度发生的变化 1 小张同学设计的实验电路图如图 8 3 7 所示 请你根据电路图用笔画线连接未完 成的实物连线 如图 8 3 8 所示 2 写出用以上实验电路测定小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量 物理 量用字母表示 3 本实验中 小灯泡额定功率的表达式 P 4 若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为一只电压表 请你重新设计一个实 验电路图 测量小灯泡的额定功率 不需要说明实验步骤 解析解析 在设计的实验电路图中 灯 L 与已知电阻 R 并联 若能将 R 两端的电压通过变 阻器滑片调为灯 L 的额定电压 灯就正常发光了 根据 U0 IRR 则有 IR R U0 即当 S 掷向接线柱 1 让 L 与 R 并联 电流表与电阻 R 串联 调节滑片 使电流表的示数为 R U0 时 灯 L 和电阻 R 两端的电压就都为 U0 灯泡便正常发光 这时再将开关 S 切换到接 线柱 2 便可测出 L 与 R 并联时的总电流 则 L 中的电流就可以求出 答案答案 1 实物连接如图 8 3 9 所示 2 第一步 计算当 R 两端的电压为 U0时 通过它的电流为 U0 R 第二步 S 掷向 接线柱 1 调节滑动变阻器 使电流表读数为 U0 R 第三步 保持滑动变阻器滑片不动 S 掷向接线柱 2 读出电流表读数 I 3 U0 R U I 0 4 电路图如图 8 3 10 所示 点评点评 有电流表和已知电阻 没有电压表 根据 U I R 可得出电压值 这时应将小灯泡 与已知电阻并联 因为得出已知电阻两端的电压 就知道小灯泡两端的电压 电流可用电 流表测量 同理 有电压表和已知电阻 没有电流表 应将小灯泡与已知电阻串联 因为 通过公式 I R U 计算出电流 也就知道了小灯泡中的电流 小灯泡的电压可用电压表测 量 例例 6 电冰箱 只有在压缩机工作时才消耗电能 将一台这样的电冰箱单独接在标有 3 000 r kW h 字样的电能表上 测得电冰箱压缩机连续工作 10 min 电能表的表盘转过了 75 转 求 1 这台电冰箱压缩机的功率多大 2 如果测得该电冰箱某一天耗电为 1 2 kW h 设压缩机每次连续工作时间都是 15 min 并且每次工作后的间歇时间也都相等 那么它的间歇时间的可能值是多少分钟 设电冰箱压缩机工作时功率保持不变 计算结果保留整数 解答解答 1 电能表表盘转过 75 转压缩机消耗的电能为 W 0003 75 1 度 0 025 度 根据 P t W 可知 电冰箱压缩机的实际功率为 P t W s6010 J103 60 025 6 150 W 2 电冰箱压缩机连续工作 15 min 消耗的电能为 W 150 W 15 60 s 1 35 105 J 24 小时内压缩机启动次数为 n J101 35 J103 61 2 5 6 32 次 在 24 h 内 电冰箱压缩机间歇的总时间为 24 60 min 15 min 次 32 次 960 min 在 24 h 内 电冰箱停机的次数最少为 31 次 最多为 33 次 所以压缩机最长间歇时间 为 t1 31 min960 31 min 压缩机最短间歇时间为 t2 33 min960 29 min 所以压缩机的间歇时间在 29 31 min 之间 点评点评 怎样设计测量电冰箱一天的能耗 方法方法 设电冰箱每天工作的时间 t 可先测电冰箱的工作时间系数 按公式 t 24 h 算出时间 t 再根据 P W t 就可计算电冰箱每天消耗的电能了 的测定方法 记录电冰箱开始工作的时刻 t1和停止工作的时刻 t2 再接着记录下次 工作开始的时刻 t3 则有 13 12 tt tt 电冰箱中的主要用电器 压缩机不是连续工作而是间歇性地工作 这就给我们测定 其能量的消耗带来一定的困难 但测出了 工作时间系数 这种测量就变得科学而简 单了 课时作业课时作业 一 教材习题一 教材习题 P45 动手动脑学物理 1 6 题 二 补充习题二 补充习题 1 2005 年 南京市 如图 8 3 11 甲所示是 测量小灯泡额定功率 的实验电路图 已知 小灯泡的额定电压为 3 8 V 1 请按照电路图 在图乙中将电压表正确连入电路 2 闭合开关前 滑动变阻器的滑片应调至最 端 选填 左 或 右 3 闭合开关 调节滑动变阻器滑片使电压表的示数为 3 8 V 此时电流表的示数如 图丙所示 则该小灯泡正常工作时的电流为 A 它的额定功率为 W 2 2005 年 河北省 甲乙两组同学利用如图 8 3 12 所示的电路测定小灯泡的额定功 率 已知小灯泡的额定电压为 2 5 V 所用滑动变阻器铭牌上标有 10 2 A 字样 电 源电压不变 不考虑灯丝电阻随温度变化 1 甲 乙两组同学按图 8 3 12 连接电路 闭合开关 S 前 滑动变阻器的滑片 P 应 在途中的 点处 选填 a 或 b 2 如果 1 中的滑动变阻器滑片 P 的位置正确 当他们闭合开关 S 后 却发现小灯泡 都不亮 此时电压表 电流表示数分别见表 1 请根据表中所给的数据 分析产生故障的 原因 并填入表 1 中的空格内 电流表 电压表 滑动变阻器 灯泡均正常 表表 1 组别电流 I A电压 U V故障原因 甲组0 30 乙组03 3 甲组同学排除故障后 再次闭合开关 S 观察到电流表的示数为 0 2 A 当他们将滑 动变阻器的滑片 P 移动到某一位置时 观察到电压表的示数为 2 5 V 电流表的示数如图 8 3 13 所示 请你在表 2 中将该组同学尚未记录的数据填写完整 并计算出小灯泡的额定 功率填入下表 表表 2 电压 U V电流 I A 小灯泡的额定功率 P W 1 0 2 2 2 5 3 2005 年 广西柳州市 北海市课改实验区 由于白炽灯除了发光还产生热量 所以逐 渐被称之为 冷光源 的各种节能灯代替 白炽灯的功率越大 亮度越大 产生的热量是 否也越多呢 为此 小明设计了一个实验方案 使 25 W 白炽灯正常发光 把温度计放在 灯泡附近任一位置 观察温度计示数的变化 换上 100 W 白炽灯重复上述步骤 若 100 W 白炽灯使温度计的温度升得高 则产生的热量多 同学们对小明的方案进行了讨论 认为 1 在灯泡附近的范围内 灯泡产生的热量越多 空气温度 利用温度计测温度 变化的方案是可行的 2 方案还应注意两个问题 一是 二是 4 2005 年 广东汕头市基础课程改革实验区 测量小灯泡电功率实验中 1 图 8 3 14 是本实验的实物部分连接图 请用实线代替导线完成对两电表的正确连接 2 电路正确连接后 在闭合开关前 滑动变阻器的滑片应该置于 端 3 下表是某实验小组两位同学实验记录的数据 事后他们分析 发现其中一组数据不合 理 不合理的数据组的序号是 物 理 量序 号 序号灯泡两端的电压 U V通过灯泡的电流 I A灯泡消耗的功率 P W 13 00 15 22 00 5 31 00 05 40 80 04 5 2005 年 泰安市 某工厂装配车间有一个纯电阻元件 其上标有 V 6 W 字样 其中额定电压值不清 估计在 10 19 V 之间 若要正确使用这个元件 需找出它的额定电 压值 现在实验室中有以下实验器材 一个蓄电池 电压约 6 V 一只电流表 量程 0 0 6 A 0 3 A 两个开关 导线若干 另外 还有可供选择的定值电阻 R0 分别为 A 1 B 30 C 500 D k 请你利用上述器材 通过实验测量 找出此元件的额定电压值 1 根据学过的电功率公式 只要测量出元件的 就可算出额定电压值 2 为较准确地测量 电流表的量程应选 选用的定阻电阻 R0 要求从四个 电阻中任选一个 为 3 画出实验电路图 4 按照你设计的电路图 补全下列实验步骤 并写出实验中要测量的物理量 用字母表 示 a 连接电路 b c d 断开电路 整理器材 e 用测得的物理量和已知物理量表示计算元件额定电压的公式为 6 2005 年 重庆市 利用如图 8 3 15 所示的电路 测定一个电热器 R0 R0的阻值未知 额定电压已知为 U0 的额定功率 P0 图中 R 为滑动变阻器 R 为电阻箱 图中所有仪器 都能保证实验正常进行 开始实验前 三个开关 S S1 S2均处于断开状态 1 开关 S 闭合之前 滑动变阻器 R 的滑片 P 应位于变阻器的 端 选填 左 或 右 2 根据公式 P0 U0I0 王强同学设计了如下的实验步骤 A 闭合开关 S B 闭合开关 S 调节电阻箱 R 的旋盘 当电流表示数与电阻箱示数的乘积等于 U0时 停止 R 的调节 C 断开开关 S2 闭合开关 S1 记下此时电流表的示数 I0 即可得 P0 U0I0 实际上 王 强同学设计的实验步骤是错误的 他的错误是 3 请你将正确实验所必需的步骤 按合理的顺序写在后面的横线上 A 闭合开关 S B 闭合开关 S1 C D 用你测得的量和已知量表示额定功率 P0 7 2005 年 甘肃省 张宏同学做 测小灯泡的额定功率 实验时 已知小灯泡的额定电 压是 3 8 V 其中电源是三节新的干电池 灯丝电阻大于 10 滑动变阻器上标有 10 1 A 字样 1 如图 8 3 16 所示是张宏连接的不完整的实验电路 请你帮他将图中未连接部分连接 好 要求 电流表选择合适的量程 滑动变阻器的滑片向右移动时连入电路的阻值减小 2 当张宏同学闭合电路的开关时 电路中可能出现一些不正常现象 请你根据出现的现 象 帮助他找出错误的原因 并按要求填写在下列横线上 第一种 小灯泡较暗 滑动变阻器滑片移动时不能改变小灯泡的亮暗程度 可能在连接电 路时把滑动变阻器的 选填 AB 或 CD 两端点连入了电路中 第二种 小灯泡不亮 电流表示数为零 电压表示数为 4 5 V 可能是小灯泡处 选填 短路 或 断路 第三种 小灯泡不亮 电流表示数为 0 45 A 电压表示数为 0 可能是小灯泡处 选填 短路 或 断路 3 在正确连接电路并调节滑动变阻器使小灯泡在额定电压下正常发光时 电流表示数如 图 8 3 17 所示 其读数为 A 则小灯泡的额定功率是 W 4 在实验中为了能得到比较准确的小灯泡的额定功率 张宏改变接入电路的滑动变阻器 的阻值 分别得到三组数据 算出三个电功率值 再求平均值 你认为这样做合理吗 为 什么 参考答案参考答案 课程导入课程导入 问题示例 实际 少 探究新知探究新知 问题研讨 问题 1 灯泡的实际功率 或电池与电压 UIP R U P 2 或 问题 2 P IU 课时作业课时作业 一 教材习题 动手去脑学物理 P45 提示与解答 第 1 题 6 个 第 2 题 kw04 0 h25 hkw t W P 第 3 题 UIP V220 454 0 W100 IPU 第 4 题 R U P 2 5 60 W800 V220 22 P U R 第 5 题 解答 先观察电能表上的参数 找电能表的电流 若电能表的电流是 5 A 则 计算过程如下 允许接在这个电能表上各种用电器额定