《测量小灯泡的电功率》教案

《测量小灯泡的电功率》教案教学目标教学目标：知识目标：会计算小灯泡的实际功率和额定功率。能力目标：会测量小灯泡的电功率，进一步练习使用电压表、电流表和滑动变阻器；通过实验，体验小灯泡的电功率随它两端电压的变化而变化的规律；通过“测量小灯泡的电功率”的实验，使学生经历科学测量的过程。情感目标：通过实验演示，培养学生规范实验的意识；通过对亮度相当的小灯泡和发光二极管的电功率的分析和研究，让学生体科技进步对节约能源的贡献。教学重点：用伏安法测量小灯泡的实际功率和额定功率的方法和步骤，区分额定功率和实际功率。教学难点：学生设计实验方案、实验步骤并得出实验结论。教学过程时间教学环节主要师生活动1分钟7分钟3分钟5分钟5分钟1分钟1分钟引入设计实验进行实验处理数据想想议议课堂小结布置作业同学们大家好，我是来自北京市第13中学分校的安立艳老师；请同学们准备好学习任务单，与安老师一起开始今天的学习。【回顾】同学们上节课学习了电功率，已对用电器在不同电压下工作时的电功率不同这个问题有所了解。【明确实验目的】今天，我们就来测量小灯泡在不同电压下的电功率。现在，先请同学们思考两个问题。【实验分析】问题一：怎样测量小灯泡的电功率？我们没有直接测量电功率的设备，只能通过测量其他物理量，然后根据测量量，再计算出小灯泡的电功率。【点PPT】电功率的计算公式有两个，P=W/t和P=UI。我们该选择哪一个？【点PPT】从测量仪器来看，对于P=W/t这一公式，需要用电能表测量用电器消耗的电能，用秒表测量通电时间。而家庭电路中的电能表无法测量小灯泡消耗的电能。【点PPT】对于P=UI，需要用电压表、电流表分别测量小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流。这是可以实现的。【点PPT】因此，我们把P=UI作为测量小灯泡电功率的实验原理。【点PPT】请同学们思考、回忆，想要改变小灯泡两端的电压，你有几种方法？【点PPT】可以将小灯泡直接接在电源两端，改变电源电压U即可；【点PPT】也给小灯泡串联一个滑动变阻器，再接到电源两端，调节滑动变阻器的滑片以改变灯两端电压。哪个方案更好呢？【点PPT】显然是第二个。因为移动滑动变阻器的滑片可以很方便的改变灯两端电压，可以方便的调出实验所需的电压值，而且滑动变阻器还有保护电路的作用。在小灯泡两端并联一块电压表，在电路中串联一块电流表，【点PPT】就是本次实验的电路图，【点PPT】和前面测电阻的方法一样，我们也把这种利用电压表、电流表间接测量用电器电功率的方法叫做伏安法测电功率。【点PPT】实验所需器材如电路图中所示，有电源、小灯泡、滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线。【点PPT】【点PPT】同学们，你能试着设计出本次实验的记录表格吗？我们一起来设计吧。【点PPT】实验中需要记录测量量：电压、电流【点PPT】需要记录计算量：电功率【点PPT】为了比较小灯泡在额定电压和非额定电压下的发光情况，更直观的感受额定功率和实际功率，灯的亮度也要记录下来。【点PPT】实验中需要记录测量量：电压、电流【点PPT】需要记录计算量：电功率【点PPT】为了比较小灯泡在额定电压和非额定电压下的发光情况，更直观的感受额定功率和实际功率，灯的亮度也要记录下来。【点PPT】这就是本次实验的实验记录表格，电压U、电流I、电功率P，以及灯的发光情况。同学们注意：物理量后面需要写清楚单位。【点PPT】这是本次实验要用到的小灯泡。【点PPT】这只小灯泡上【点PPT】标有额定电压2.5V，额定电流0.3A【点PPT】本实验中，可以调节滑动变阻器，使灯泡两端电压为额定电压2.5V；低于额定电压的值可取做0.8U额，即2.0V；高于额定电压的值可取做1.2U额，即3.0V，【点PPT】可以将三个电压值填写在实验记录表格中。【点PPT】实验前要注意选择合适的实验器材。【点PPT】此实验中，电源电压应略高于预设的灯两端最高电压3.0V，所以，选择三节干电池为宜。【点PPT】根据已选定的灯两端的电压值，可以选择出电压表量程为“0~3V”；通过小灯泡的电流在0.3A左右，因此，电流表可选择量程“0~0.6A”。【点PPT】这是滑动变阻器，【点PPT】铭牌上标有“20Ω，2A”，本实验中，最大电流不会超过0.6A，可以放心使用。【进行实验】实验记录表格、实验器材均已准备好，让我们一起写出实验步骤吧：【点PPT】按照电路图连接电路；【点PPT】检查电路后试触，确认电路状态无误。闭合开关，开始按要求获取数据和观察记录小灯泡发光情况。【点PPT】再用公式P=UI及数据计算小灯泡的额定功率和实际功率。下面我们来进行实验，获取数据并观察记录小灯泡发光情况。首先，有序摆放实验器材，按照电路图连接电路，【点PPT】注意，连接电路时将开关断开；【点PPT】电流从电压表、电流表正接线柱流入，负接线柱流出，且选择合适量程；【点PPT】滑动变阻器选择一上一下的接线方式；【点PPT】闭合开关前，将滑动变阻器的滑片置于最大阻值处。请同学们准备好学案和笔，跟老师一起测量、一起记录。【点PPT】（自动播放视频+特写）试触，电流表、电压表指针偏转正常。闭合开关，电流表、电压表示数较小，灯泡几乎不发光。调节滑动变阻器的滑片，小灯泡逐渐亮起来；调节滑片，使电压表示数等于小灯泡的额定电压2.5V，再观察电流表示数、灯的亮度。【点PPT】把此时的电流表示数0.3A，记录下来。【点PPT】把此时灯泡的发光情况记录为正常发光。继续调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.0V，再观察电流表示数、灯的亮度。【点PPT】（自动播放视频）【点PPT】把电流表示数0.26A，记录下来。【点PPT】小灯泡的亮度比正常发光时暗，记录为较暗。继续调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为3.0V，再观察电流表示数、灯的亮度。【点PPT】（自动播放视频）【点PPT】把电流表示数0.32A，记录下来。【处理数据】小灯泡的亮度比正常发光时亮，记录为较亮。下面，请同学们与老师一起，计算小灯泡的额定功率和实际功率。【点PPT】由电功率计算式P=UI【点PPT】及小灯泡铭牌上的额定电压和额定电流，【点PPT】计算出额定功率为P额=U额I额=2.5V×0.3A=0.75W。【点PPT】由P=UI以及三次实验测量数据计算实际电功率，【点PPT】电压为2.5V时，P实=U实I实=2.5V×0.3A=0.75W【点PPT】（仅出现数据）【点PPT】电压为2.0V时，P实=U实I实=2.0V×0.26A=0.52W【点PPT】（仅出现数据）【点PPT】电压为3.0V时，P实=U实I实=3.0V×0.32A=0.96W【点PPT】（仅出现数据）【点PPT】分别将实际功率与额定功率进行比较，我们发现【点PPT】结论1.当实际电压等于额定电压（U实＝U额）时,实际功率等于额定功率（P实＝P额），小灯泡正常发光。【点PPT】测量用电器的额定功率，就是测量用电器两端电压为额定电压时的电功率。【点PPT】结论2.当实际电压低于额定电压（U实<U额）时,【点PPT】实际功率小于额定功率（P实<P额），小灯泡的亮度比正常发光时暗。【点PPT】结论3.当实际电压高于额定电压（U实>U额）时,【点PPT】实际功率大于额定功率（P实>P额），小灯泡的亮度比正常发光时亮。这样可能缩短小灯泡的使用寿命。【点PPT】同学们，观察小灯泡的发光情况和实际功率，你能发现什么？【点PPT】灯的亮度由实际功率决定。对同一个灯泡，其亮度随实际功率增大而增加。【点PPT】请同学们思考：计算实验中小灯泡三次实际电功率的平均值，有意义吗？这需要同学们理解额定功率与实际功率的含义，额定功率是用电器在额定电压下工作时的功率；当用电器两端实际电压高于或者低于额定电压时，实际功率不等于额定功率；用电器的实际功率会随着电压的变化而变化，所以，计算用电器在不同电压下的功率的平均值无意义。同学们有没有想起哪个实验的过程跟此实验十分相似？【点PPT】对，是伏安法测量电阻。【点PPT】请同学们一起寻找两个实验的异同。【点PPT】这是伏安法测电阻的电路图，【点PPT】这是伏安法测量小灯泡的电功率的电路图，【点PPT】两个实验的电路连接形式相同、直接测量量相同、实验器材（除定值电阻和小灯泡外）相同；【点PPT】伏安法测量电阻的实验原理是R=U/I；伏安法测量小灯泡的电功率的实验原理是P=UI。【点PPT】实验目的和实验原理不同。【点PPT】在日常生活中，小灯泡越来越不容易见到了，就连在手电筒里，小灯泡的身影也快要消失了，它基本上被发光二极管（LED）取代了。【点PPT】跟小灯泡相比，发光二极管有什么优势呢？【点PPT】小灯泡和发光二极管的发光原理不同，若使小灯泡和发光二极管的亮度相同，两者的电功率相同吗？

下面，我们一起想办法，来测量并比较亮度相当的小灯泡和发光二极管的电功率。【点PPT】根据所学内容，大家很快想到可以用“伏安法测量电功率”，这很好。【点PPT】那么，怎样使小灯泡和发光二极管的亮度相当?科技的进步，给我们带来了很多便利！【点PPT】给同学们提供一个测量光强度的仪器--光照度计。【点PPT】这是探头，【点PPT】使用时将探头对准发光体，【点PPT】这款光照度计便可显示光强度和温度。【点PPT】当小灯泡变亮时，光照度计示数怎么变化？请同学们仔细观察。【点PPT】（播放视频）【点PPT】实验发现：小灯泡越亮，光照度计示数越大。【点PPT】这个木板的左侧固定了小灯泡，【点PPT】木板右侧固定了发光二极管和与之匹配的电位器【点PPT】调节滑动变阻器可以改变小灯泡的亮度，【点PPT】调节电位器可以改变发光二极管的亮度。【点PPT】当光照度计示数相同时，小灯泡和发光二极管的亮度相同。请注意，实验时，应使光照度计的探头与小灯泡、发光二极管的距离相等。【点PPT】当光照度计示数为50时，小灯泡两端电压为1.2V，电流表示数为0.18A，【点PPT】将数据记录在表格里。【点PPT】当光照度计示数为50时，发光二极管两端电压为2.7V，电流表示数为0.01A，【点PPT】将数据记录下来。【点PPT】同学们，请你用P=UI以及测量数据计算两者的电功率。【点PPT】小灯泡和发光二极管此时的电功率分别为0.216W、0.027W。【点PPT】由数据对比可得：亮度相当时，发光二极管的电功率比小灯泡的电功率小（而且小很多）。如果亮度相同的发光二极管和小灯泡工作相同时间，发光二极管比小灯泡消耗的电能少，即：发光二极管比小灯泡节能。正因如此，生活中的白炽灯泡已经基本被led灯取代了。【点PPT】可能有些同学对这个实验很感兴趣，想自己做一做。但是一时又找不到照度计，无法完成实验。有什么替代的方法吗？当然有。尽管不如照度计那么准确，作为定性比较，也是可以的。【点PPT】利用以前学过的光学的知识--影子，便可作粗略的比较。在离小灯泡和发光二极管距离相等的位置放一支笔，【点PPT】当发光二极管发出的光遇到笔后，无法继续向前传播，笔的后面形成了影子。改变左侧小灯泡的亮度，发现：小灯泡变亮时，右侧的影子变浓变暗。【点PPT】继续改变灯的亮度，若笔的左右两侧的影子浓淡程度相同，便可认为小灯泡和发光二极管的亮度相同。分别测量出此时小灯泡和发光二极管两端的电压、通过的电流，便可计算出电功率进行比较了。【点PPT】同学们，今天这节课我们学习了伏安法测量小灯泡电功率的原理、电路图等，【点PPT】注意测量额定功率时，需要调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端电压为额定电压。通过测量，我们认识到亮度相同的发光二极管比小灯泡的电功率小。【点PPT】请大家认真完成下面的作业：基础性作业：完成“学生资源”中的课后练习。拓展性作业：阅读科普材料“白炽灯、节能灯与LED灯”，了解电灯的发展史，体会科技进步对节约能源所做的贡献。今天，我们就学到这里。同学们，再见！知能演练提升能力提升1.下列各组仪器中,不能用来测量电功率的是()A.电能表和停表 B.电压表和电流表C.电功率仪表 D.电流表和停表2.(多选)在测量小灯泡的功率的实验中,按右图所示电路图连好电路后,闭合开关S,移动滑动变阻器的滑片,结果灯泡不发光,电流表指针不动,但电压表有明显的示数,则电路故障的原因可能是()A.小灯泡的灯丝烧断了B.电流表内部短路C.连线时,把电流表与电压表互换了D.变阻器的滑片接触不良3.图甲中的两个电流表均为学校实验室里常用的电流表(如图乙所示)。闭合开关后,两电流表的指针都正常偏转且偏转角度相同,此时灯L1和L2所消耗的电功率P1和P2的比值为()A.4∶1 B.1∶4 C.5∶1 D.1∶54.右图是小松同学做电学实验时所画电路图的一部分,根据此图中所提供器材,可以直接研究的问题是()A.测小灯泡正常发光的电阻B.测小灯泡的实际电功率C.测小灯泡消耗的电能D.测小灯泡正常工作时的温度5.利用右图中的电路测小灯泡的额定功率,小灯泡的额定电压是1.5V,若发现电压表示数是1.8V,则滑动变阻器的滑片应向移动;若电压表示数为1.0V,则滑片应向移动。

6.测量小灯泡额定功率的实验操作步骤如下,正确的操作顺序为。

A.断开开关;B.将滑动变阻器调到电阻最大的位置;C.设计电路,并画出电路图;D.整理器材;E.闭合开关,调节滑片,使小灯泡两端电压等于额定电压;F.观察并记录电流表的读数;G.断开开关,按电路图连接电路;H.应用公式,计算小灯泡的额定功率。7.实验室购买了一批规格为“2.5V0.75W”的小灯泡,某同学在利用其中一只小灯泡做测量电功率的实验时,得到了如下几组数据。次数第一次第二次第三次电压/V22.53电流/A0.340.40.44(1)分析这几组数据,你认为该小灯泡______________________(选填“合格”或“不合格”),原因是:__________________________________________________________。

(2)假如生产这种小灯泡钨丝的粗细是一定的,则这个小灯泡内钨丝的长度与合格产品相比是(选填“长了”或“短了”)。用这只小灯泡做实验时,容易出现的故障是。

8.小雨在拆装手电筒时,发现手电筒的小灯泡上标有“3.8V”的字样,但上面的电流值已经模糊不清,他想通过实验测量该灯泡的额定功率,图甲为他所连的实验电路。(1)电池盒中至少有节干电池。

(2)经检查发现电路接线有错误,小雨只做了一处改动就闭合开关进行实验。请在他接错的导线上打上“×”,并改正。(3)实验时,小雨移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数为3.8V时,电流表的示数如图乙所示。则该小灯泡的额定电流为A,额定功率为W。

★9.某实验小组利用如图甲所示的电路测量小灯泡的电功率,已知小灯泡的额定电压为2.5V。甲乙丙(1)测量小灯泡电功率的原理是。

(2)请按图甲,用笔画线代替导线,在图乙中把电路连接完整。要求导线不得交叉。(3)正确连接完电路,调节滑动变阻器滑片到阻值最大处,闭合开关后,发现无论怎样移动滑片,小灯泡都不亮,电流表无示数,电压表示数明显,仔细检查,连接无误,那么出现该状况的原因可能是。

A.电流表内部断路B.灯泡的灯丝断了C.灯座内部出现了短路D.滑动变阻器的电阻丝断了(4)将故障排除后,移动滑动变阻器滑片P到某处,电压表示数是2.1V,要测量小灯泡额定功率,滑片P应向(选填“左”或“右”)端移动。

(5)当灯泡正常发光时,电流表示数如图丙所示,其值为A,小灯泡的额定功率为W。

(6)测量小灯泡的电功率(选填“需要”或“不需要”)多次测量求平均值,原因是。

探究创新★10.小林同学在学习了伏安法测电功率的知识后,设计了一个定值电阻的功率能从0连续变化到最大功率的电路,如图甲所示。(1)实验前,开关应断开,滑片P移到(选填“a”或“b”)端;

(2)请你按照他的设计,用笔画线代替导线将实物图乙连接完整(电压表量程选0~3V,导线不能交叉)。知能演练·提升1.D电能表可测一段时间内某电路消耗的电能,根据P=Wt可计算出电功率,选项A中仪器可测电功率;用电压表测出某用电器两端的电压,用电流表测出通过它的电流,再利用P=UI可计算出电功率,故选项B中仪表可测电功率;选项C是专用测电功率仪表;而选项D中电流表能测电路中的电流,停表测时间,不能计算电功率,应选D2.AC如果灯丝烧断了,电压表串联在电路中,通过电流表的电流很小,电流表的指针几乎不动,电压表测电源电压,指针有明显偏转,故选项A正确;如果电流表内部短路,电流表无示数,但灯泡仍能正常发光,与灯泡不发光相矛盾;如果电流表与电压表互换,由于电流表电阻很小,灯泡被短接,由于电压表内阻很大,电流表无示数,电压表有示数,故选项C正确;若滑动变阻器滑片接触不良,电流表无示数,灯泡不发光,电压表无示数,与电压表有示数相矛盾。3.A由题图可知,灯泡L1和L2并联,电流表A1测干路中的电流,电流表A2测L2中的电流,两表指针偏转角度相同,则所选量程不同,电流表A1的量程为0~3A,电流表A2的量程是0~0.6A。则干路中的电流I=5I2,通过L1的电流I1=I-I2=5I2-I2=4I2,则两灯泡的功率之比为P1P2=U所以正确的选项是A。4.B根据电路图可知,电压表测灯泡两端的实际电压,电流表测通过灯泡的实际电流。根据R=UI可求出灯泡的电阻,但灯泡的电阻受温度的影响,不同电压下灯泡的电阻不同,不能直接测小灯泡正常发光的电阻,故选项A不符合题意;知道灯泡的实际电压和实际电流,据公式P=UI可计算出灯泡的实际功率,故选项B符合题意;根据W=UIt可知,测小灯泡消耗的电能时需要知道通电时间,故选项C不符合题意;要测小灯泡正常工作时的温度,需要用到温度计,故选项D不符合题意。故选B5.解析滑动变阻器跟小灯泡串联,当小灯泡两端的电压高于其额定电压时,可使滑片向右滑动,使滑动变阻器连入电路的电阻变大,所分得的电压变大,小灯泡两端的电压变小;同理,当小灯泡两端的电压小于其额定电压时,可使滑片向左移。答案右左6.解析实验操作应按设计电路、连接电路、实验操作、数据处理、整理器材的顺序进行。答案CGBEFADH7.解析(1)由题表格数据可知,小灯泡的电压为额定电压2.5V时,通过的电流I=0.4A,则灯泡的实际功率P实=UI=2.5V×0.4A=1W,因在额定电压下小灯泡的实际功率P实>P额=0.75W,所以,该小灯泡不合格。(2)因P实>P额,由P=U2R的变形式R=U2P可知,这个小灯泡内钨丝的电阻小于合格产品的电阻;因导体电阻与导体材料、长度、横截面积有关,且材料相同、横截面积相同时,长度越小,电阻越小;所以,这个小灯泡内钨丝的长度与合格产品相比短了;这只小灯泡做实验时答案(1)不合格在额定电压的条件下小灯泡的实际电功率