1、第14讲实验：电功率的测量教学目标1掌握电功率测量的实验过程【经典例题一】一实验探究题（共8小题）1在“测量小灯泡额定功率”的实验中，器材有：电源（电压恒为3V）、开关、电压表和电流表各一只、额定电压为2.5V的灯泡、滑动变阻器（20、1A）、导线若干。（1）以画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整。（要求：滑片向左移动时小灯泡变亮）（2）闭合开关前，发现电流表的指针如图乙所示，其原因是没有将电流表的指针调零；（3）问题解决后，第一小组的同学通过改变滑动变阻器的阻值，得到了小灯泡的电流随其两端电压变化的图象，如图丙所示，则小灯泡的额定功率为0.5W；（4）第一小组的同学在实验中还发现，电压表与
2、电流表示数的比值变大，原因是灯丝电阻随着温度的升高而增大；（5）第二小组的同学在准备进行实验时，发现电压表坏了，他们找到了一个阻值为10的定值电阻R0，设计了如图丁所示的电路，也顺利的完成了实验：先闭合开关S、S1，断开S2，调节滑动变阻器，使电流表的示数为I1，则I10.25A；保持滑片P的位置不变，闭合开关S、S2，断开S1，读出电流表的示数为I2，则小灯泡的额定功率P额U额（I2I1）。（用U额、I1、I2表示）【解答】解：（1）因滑片向左移动时小灯泡变亮，即电流变大，电阻变小，故变阻器左下接线柱连入电路中，如下所示：（2）闭合开关前，发现电流表的指针如图乙所示，其原因是：没有将电流表的
3、指针调零；（3）根据图丙小灯泡的电流随其两端电压变化的图象知，灯在额定电压2.5V时的电流为0.2A，则小灯泡的额定功率为：PUI2.5V0.2A0.5W；（4）由欧姆定律，电压表与电流表示数的比值变大，即灯的电阻，灯的电阻变大原因是灯丝电阻随着温度的升高而增大；（5）先闭合开关S、S1，断开S2，调节滑动变阻器，使电流表的示数为I10.25A；保持滑片P的位置不变，闭合开关S、S2，断开S1，读出电流表的示数为I2，在中，电流表测定值电阻的电流，电流表的示数为I10.25A，值电阻的电压为2.5V，由并联电路电压的规律，灯的电压为2.5V，灯正常发光；在中，电流表测灯与R0并联的总电流，因电
4、路的连接关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，根据并联电路电流的规律，灯的额定电流：I额I2I1，则小灯泡的额定功率：P额U额I额U额（I2I1）。故答案为：（1）如上所示；（2）没有将电流表的指针调零；（3）0.5；（4）灯丝电阻随着温度的升高而增大；（5）0.25；U额（I2I1）。【变式练习】2小宇在“测定小灯泡电功率”实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10。（1）电路连接如图1，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这个现象的原因可能是灯泡断路。（2）排除故障后，根据实验数据画出如图2所示的UI图象，小灯泡额定电流为0.25A，计
5、算出小灯泡的额定功率是0.625W。（3）完成上述实验后，小宇设计了如图3所示的电路，在不使用电压表的情况下测出了额定电流为I额的小灯泡的额定功率。实验方案如下：（电源电压不变，滑动变阻器R1的最大阻值为R0）按图2电路图连接电路；只闭合开关S1，移动R1滑片，使电流表的示数为I额，小灯泡正常发光；只闭合开关S2，保持R1滑片位置不动，移动R2滑片使电流表的示数为I额；保持R2（选填“R1”或“R2”）滑片位置不动，将另一个滑动变阻器滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将此滑动变阻器的滑片移到最右端，电流表的示数为I2；小灯泡额定功率的表达式为P额I额2。（用I额、I1、I2、R0表示）【解
6、答】解：（1）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表指针几乎不动，电路可能断路，电压表有示数，则电压表与电源连通，产生这个现象的原因可能是灯泡断路；（2）根据实验数据画出如图2的UI图象知，灯在额定电压下的电流为0.25A，小灯泡的额定功率是：PUI2.5V0.25A0.625W；（3）按电路图3连接电路。只闭合开关S1，移动R1滑片，使电流表的示数为I额，灯泡正常发光。此时灯泡与R1串联；只闭合开关S2，保持R1滑片位置不动，移动R2滑片，使电流表的示数为I额，此时R1与R2串联，因为电路中电流仍为I额，所以R2RL；保持R2滑片位置不动，将另一个滑动变阻器（R1）滑片移到最左端，
7、电流表的示数为I1，再将此滑动变阻器（R1）的滑片移到最右端，电流表的示数为I2；由串联电路特点和欧姆定律可得：UI1R2I2（R0+R2），解得：R2，小灯泡额定功率的表达式为：P额I额2RLI额2R2I额2。故答案为：（1）灯泡断路；（2）0.625；（3）S1 ；S2 ；R2 ；I额2。3小明在测量额定电压为3.8V的小灯泡电功率实验中，连接了如图甲所示的电路：（1）小明在未检查电路连接是否正确的情况下，闭合开关，向左逐渐调节滑动变阻器的滑片，电压表的示数不变（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（2）小明分析电路后发现，一根导线连接有误，请你在图甲中连接错误的导线上打“”，只改动一根导
8、线，使电路连接正确；（3）排除故障后，继续实验，分别记下了多组电压表和电流表示数，并绘制了如图乙所示的IU图象。某次实验时电流表示数如丙所示，此时小灯泡的电阻是10；此时它的额定功率是0.324W；（4）测出小灯泡的定功率后，某同学又把小灯泡两端电压调为额定电压的一半，发现测得的功率并不等于其额定功率的四分之一，其原因是小灯泡的电阻随温度的降低而减小；（5）小明重新选择实验器材，不用电流表就测出了另一个额定电流为I0.3A的小灯泡的额定功率，设计的电路图如图丁所示。请你将下列实验步骤补充完整，并计算出小灯泡的额定功率（电源电压恒为U，定值电阻R的阻值为8）：开关S闭合，开关S1连接触点“2”时
9、，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.4V时，小灯泡正常发光；保持滑动变阻器滑片位置不动，使开关S1连接触点1，这时电压表的示教为U1；小灯泡额定功率的表达式为P额（UU1）0.3A（用题中已知或所测物理量的字母表示）。【解答】解：（1）原电路中，电压表串联在电路中，测量电源电压，电流表并联在电路中，没有示数，在未检查电路连接是否正确的情况下，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，电压表的示数将不发生变化；（2）电压表应与灯泡并联，电流表应与灯泡串联，电路如图所示：（3）某次实验时电流表示数如图丙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流表的示数为0.18A；由图象知此时电压为1.8V此时
10、小灯泡的电阻为：R10；它的功率为：PUI1.8V0.18A0.324W；（4）若灯的电阻不变，根据P，灯泡两端电压为额定电压的一半，实际功率为额定，而实际中，灯的电阻随温度的变化而变化，故测得的功率不等于其额定功率的；（5）连开关S闭合，开关S1连接触点“2”时，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为I额R0.3A82.4V，小灯泡正常发光；保持滑动变阻器滑片位置不变，S2接1，读出电压表示数U1；因电阻的连接没有改变，各用电器的电阻电压没有改变，灯仍正常发光，由串联电路电压的规律，此时小灯泡两端的电压为：U额UU1，则小灯泡额定功率：P额U额I额（UU1）0.3A。故答案为：（1）不变；（
11、2）见上图；（3）10；0.324；（4）小灯泡的电阻随温度的降低而减小；（5）2.4V；（UU1）0.3A。4实验老师为“测量小灯泡额定功率”准备了如下器材：电源（电压恒为6V）开关、电压表和电流表各一只、额定电压为2.5V的待测小灯泡（电阻约为10）、滑动变阻器（“20 1A”）、导线若干。（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物图连接完整（要求：滑片向右移动灯泡变亮）。（2）闭合开关前电流表的指针如图乙所示，其原因是电流表指针没有调零。（3）故障排除后，调节滑动变阻器的滑片，并绘制了小灯泡的电流随其两端电压变化的关系如图丙所示，则小灯泡的额定功率为0.625W。（4）小陈同学为了验证电流
12、跟电阻的关系，他又借到了一个滑动变阻器（50 0.5A）和五个定值电阻（5、10、15、20、25），其余器材不变。用定值电阻更换甲图中的灯泡，小陈同学得到如图丁所示的电流随定值电阻变化的图象，则实验中他所用的滑动变阻器是B（选填字母：A.20 1A B.50 0.5A），若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为14，则所用定值电阻的阻值为10。（5）下课前老师布置了一道课后作业。要求：在只有下列实验器材的前提下测出未知定值电阻Rx的阻值。实验器材：电阻Rx、电源（电压恒定但未知）、滑动变阻器（已知最大阻值为R0）、电流表、开关、导线若干。小张同学设计了如图戊所示的电路图，用以下步骤测Rx的阻值。闭
13、合开关S，移动滑片P至B端，记下电流表示数I1；移动滑片P至A端，记下电流表示数I2（I2未超过电流表的量程）；请帮他写出Rx的表达式：Rx（用字母R0、I1、I2表示）。【解答】解：（1）滑片向右移动灯泡变亮，即电流变大电阻变小，故变阻器滑片右下接线柱连入电路中，灯泡的额定电压为2.5V，故灯泡的右端接电压表的3V接线柱，如下所示：（2）闭合开关前电流表的指针如图乙所示，其原因是电流表指针没有调零。（3）根据绘制的小灯泡的电流随其两端电压变化的关系知，灯在额定电压下的电流为0.25A，则小灯泡的额定功率为：PUI2.5V0.25A0.625W；（4）图丁所示的电流随定值电阻变化的图象，电流与
14、电阻之积为：UIR0.1A250.5A52.5V，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：U滑UUV6V2.5V3.5V，变阻器分得的电压为电压表示数的1.4倍，根据分压原理，当接入25电阻时，变阻器连入电路中的电阻为：R滑1.42535，故为了完成整个实验，应该选取最大阻值至少35的滑动变阻器，则实验中他所用的滑动变阻器是50 0.5A，选B；若变阻器连入的阻值为14，由欧姆定律，电路的电流为：I0.25A，由欧姆定律，则所用定值电阻的阻值为：R定10；（5）闭合开关S，移动滑片P至B端，记下电流表示数I1；移动滑片P至A端，记下电流表示数I2（I1未超过电流表的量程）；在中两电阻串联，由
15、电阻的串联和欧姆定律，电源电压：UI1（Rx+R0）在中，为RX的简单电路，由欧姆定律：UI2RX，因电源电压不变，故：UI1（Rx+R0）I2RX，Rx的表达式：Rx。故答案为：（1）如上所示；（2）电流表指针没有调零；（3）0.625；（4）B；10；（5）。5小明在“探究小灯泡在不同电压下工作时的电功率”的实验时，实验室提供了如下器材：电源（电压恒为8V），一个电流表，一个电压表，滑动变阻器“20 2A”，小灯泡（额定电压2.5V，额定功率小于1.2W），一个阻值已知的定值电阻R0，开关及导线若干。（1）请根据图甲所示的电路图，用笔画线代替导线，完成实验电路图乙的连接（要求：滑动变阻器的
16、滑片P向右滑动时灯变亮；连线不能交叉）。（2）正确连接电路后，闭合开关进行实验，记录的数据如下表所示。当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图丙所示，小灯泡的额定功率为1.05W12345电压/V1.01.52.02.53.0电流/A0.240.320.380.44电功率/W（3）分析表中数据可得出结论：小灯泡工作时，消耗的电功率随电压的增大而增大（选填“增大”、“不变”或“减小”），小灯泡的实际功率由实际电压（选填“额定功率”、“额定电压”或“实际电压”）决定。（4）完成实验后，利用上述器材，小明又想出一种测量小灯泡额定功率的方法，设计了如图所示的电路，所用电压表量程为“015V”，请将以下
17、实验步骤补充完整。检查电路无误后，闭合开关S，将开关S1拨至“1”，调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为5.5V；滑动变阻器滑片不动，再将开关S1，拨至“2”读出电压表示数为U0；小灯泡的额定功率P额U额（用U额、U0、R0表示）。若步骤中，在将开关S1拨至“2”时，不小心将滑片向右移动了少许，其他操作正确，则测出的小灯泡额定功率比真实值偏小（选填“偏大”或“偏小”）。【解答】解：（1）滑动变阻器的滑片P向右滑动时灯变亮，即电流变大，电阻变小，故变阻器右接线柱连入电路中，如下所示：（2）当电压表示数为2.5V时，电流表选择00.6A的量程，分度值为0.02A，示数为0.42A，则小灯泡的额定功率
18、：P额U额I额2.5V0.42A1.05W；（3）由表中数据可知，根据PUI，第1、2、3、4、5的电功率分别为0.24W、0.48W、0.76W、1.05W、13.2W，可得出结论：小灯泡工作时，消耗的电功率随电压的增大而增大，小灯泡的实际功率由实际电压决定；（4）要测量小灯泡的额定功率，需使小灯泡两端的电压等于其额定电压，闭合开关S，将开关S1拨至“1”，小灯泡、R0和滑动变阻器串联，电压表测R0和滑动变阻器两端的电压，调节滑动变阻器的滑片，灯泡正常发光时，电压表的示数：UVUU额8V2.5V5.5V；滑片不动，再将开关S1拨至“2”，电压表测R0两端的电压U0，此时电路中的电流即为小灯泡
19、的额定电流：I额。小灯泡的额定功率：P额U额I额U额；将开关S1拨至“2”，滑片向右移动稍许，滑动变阻器接入电路的阻值变大，根据串联分压知识可知，滑动变阻器两端的电压变大，定值电阻R0两端的电压U0变小，根据P额U额I额U额可知，测出的小灯泡的额定功率比真实值偏小。故答案为：（1）如上所示；（2）1.05；（3）增大；实际电压；（4）5.5；U额；偏小。6在“测量小灯泡的电功率”实验中，小丹设计了如图甲所示的电路图，已知小灯泡的额定电压为2.5V，滑动变阻器规格为“20 1A”，电源是由2节新干电池串联组成。（1）用笔画线代替导线，帮助小丹按电路图甲将图乙电路连接完整（要求导线不交叉，且滑片P
20、向B端移动时，滑动变阻器阻值变大）。（2）连接好电路后，闭合开关，发现小灯泡不发光，电流表有示数，电压表无示数，则电路故障可能是灯泡短路（选填“短路”或“断路”）。（3）排除故障后，缓慢移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V，电流表示数如图丙所示为0.2A，则小灯泡的额定功率为0.5W，此时灯丝的电阻为12.5。（4）小丹继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率，滑动变阻器的滑片应向B端调节（选填“A”或“B”），观察到小灯泡变亮。（5）表是小丹根据实验测得的多组数据，她通过分析数据发现小灯泡灯丝的电阻是变化的，则影响小灯泡灯丝电阻变化的主要因素是温度。实验次数12345电压U/
21、V1.01.52.02.52.8电流I/A0.120.160.180.22（6）小丹经过思考，发现用两只电流表和一个阻值为R0的定值电阻也可以测出小灯泡的额定功率，她设计的电路如图丁所示，具体操作是：闭合开关S，调节滑动变阻器使电流表A1的示数为I1时，小灯泡正常发光，此时电流表A2的示数为I2则小灯泡额定功率的表达式为PR0I1（I2I1）（用I1、I2、R0表示）【解答】解：（1）滑动变阻器应一上一下串联入电路中，由题知，滑片P向B端移动时，滑动变阻器阻值变大，所以应选择A接线柱接入电路中，实物连接如图所示：（2）闭合开关，电流表有示数，说明电路中通路，而小灯泡不发光，电压表无示数，则电路
22、故障可能是灯泡短路；（3）排除故障后，缓慢移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V，电流表示数如图丙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.2A，则小灯泡的额定功率为：PUI2.5V0.2A0.5W；由欧姆定律，此时灯丝的电阻为：R12.5；（4）继续测量小灯泡两端电压略高于额定电压时的电功率，即增大灯的电压，减小变阻器的电压，由分压原理知，应减小变阻器的电阻，故滑动变阻器的滑片应向A端调节；（5）分析数据发现小灯泡灯丝的电阻是变化的，则影响小灯泡灯丝电阻变化的主要因素是温度；（6）具体操作是：闭合开关S，调节滑动变阻器使电流表A1的示数为I1时，小灯泡正常发光，此时电流表
23、A2的示数为I2，由欧姆定律，R0的电压为U0R0I1，根据并联电路电流的规律，即灯的额定电压，由并联电路电流的规律，灯的额定电流为：II2I1，则小灯泡额定功率的表达式为：PR0I1（I2I1）。故答案为：（1）见上图；（2）短路；（3）0.2；0.5；12.5；（4）B；（5）温度；（6）R0I1（I2I1）。7某同学利用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率，小灯泡的额定电压为2.5V。（1）用笔画线代替导线，将图甲中的电路补充完整（导线不得交叉）；（2）连接电路后，闭合开关，灯泡不亮，电流表和电压表都有示数，但是数值较小，无论怎样移动滑动变阻器的滑片，小灯泡都不发光，两电表示数均无变化，产生
24、这一故障的原因可能是：滑动变阻器同时接下面两个接线柱；（3）该同学排除故障后，移动滑动变阻器的滑片到某一位置，电压表的示数如图乙所示，此时小灯泡两端的电压为2.2V要测量小灯泡的额定电功率，应将图甲中滑动变阻器的滑片向A（填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5V；（4）移动滑动变阻器的滑片，记下多组电压和电流值，并绘制成图丙所示的UI图象，根据图象的信息可以计算出小灯泡的额定电功率为0.5W；（5）为了用电流表、电阻箱R和滑动变阻器，测量额定电流为I额的小灯泡的额定电功率，该同学设计了如图丁所示的电路。操作步骤为：闭合开关S、S1，断开S2，移动滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为I额
25、，此时小灯泡正常发光；保持滑动变阻器滑片的位置不动，闭合开关S、S2，断开S1，调节电阻箱R，使电流表的示数为I额，读出此时电阻箱的电阻值为R0，则小灯泡的额定电功率的表达式为P额I额2R0。【解答】解：（1）实验中，电压表应该并联在小灯泡两端，如下图所示：（2）闭合开关，电流表和电压表都有示数，则电路为通路，无论怎样移动滑片，灯泡不亮，但说明灯泡实际功率很小，电路电流很小，滑动变阻器不能改变电路电阻，可能的电路故障是：滑动变阻器同时接下面两个接线柱；（3）图甲可知，电压表的量程是03V，电压表的分度值是0.1V，由图乙可知故此时电压表的示数是2.2V；灯在额定电压下正常发光，而此时小灯泡两端
26、的电压为2.2V，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A端移动，使电压表的示数为2.5V。（4）根据绘制的小灯泡的IU图象，当灯的电压为2.5V时，电流为0.2A，小灯泡的额定功率是PUI2.5V0.2A0.5W；（5）保持滑动变阻器滑片的位置不动，闭合开关S、S2，断开S1，调节电阻箱R，使电流表的示数为I额，根据等效替代法，此时电阻箱的电阻值等于小灯泡正常发光时的电阻等于R0，则小灯泡的额定电功率的表达式为P额U额I额I额2R0。故答案为：（1）如上所示；（2）滑动变阻器同时接下面两个接
27、线柱；（3）2.2；A；（4）0.5；（5）I额2R0。8在“测量小灯泡额定功率”的实验中，实验器材有：两节新干电池、电流表、电压表、额定电压2.5V的小灯泡，滑动变阻器、开关，导线若干，实物电路如图甲所示。（1）甲图中有一根导线连接错误，请在导线上画“”并在图上改正（所画的导线用实线且不能交叉）。（2）改正错误后进行实验，根据实验数据描出的小灯泡的IU图象如图乙所示，则小灯泡额定功率是0.625W。（3）仅用该实验装置中的器材，以下探究活动能够完成的是ABC。A测量小灯泡的电阻B探究串联电路电流的特点C探究串联电路电压的特点D探究电流与电压的关系（4）完成上面实验后，小明又设计了如图丙所示的
28、电路，测出了额定电流为I额小灯泡L2的额定功率。实验方案如下：（电源电压不变，滑动变阻器R1的最大阻值为R1，滑动变阻器R2的最大阻值为R2）只闭合开关S和S2，移动R1滑片，使电流表示数为I额。只闭合开关S和S1，保持R1滑片位置不动，移动R2滑片，使电流表的示数为I额保持滑动变阻器R2的滑片位置不动，将另一个滑动变阻器滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将此滑动变阻器的滑片移到最右端，电流表的示数为I2，则小灯泡额定功率的表达式P额I额2。（用I额、I1、I2、R1、R2中的字母表示）【解答】解：（1）原电路中，灯与变阻器并联后再与电压表串联是错误的，灯应与变阻器串联，电压表与灯并联，如
29、下所示：（2）根据实验数据描出的小灯泡的IU图象知，灯在额定电压下的电流为0.25A，则小灯泡额定功率是：PUI2.5V0.25A0.625W；（3）A由R可知，电压表测出电压，电流表测出电流，可测量小灯泡的电阻，故A能完成；B将电流分别串联在电路不同处，可探究串联电路电流的特点，故B能完成；C分别将电压表并联在各用电器两端，可探究串联电路电压的特点，故C能完成；D、探究电流与电压的关系要控制电阻不变，灯的电阻随温度的变化而变化，故D不能完成。故选ABC；（4）闭合开关S和S2，移动R1滑片，使电流表的示数为I额。只闭合开关S和S1，保持R1滑片位置不动，移动R2滑片，使电流表的示数为I额保持变阻器R2的滑片位置不动，将另一个滑动变阻器滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将此滑动变阻器的滑片移到最右端，电流表的示数为I2。在中，R1与灯串联，灯正常发光，在中，R1与R2串联，因为电路中电流仍为I额，所以R2RL；保持R2滑片位置不动，将另一个滑动变阻器（R1）滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将此滑动变阻器（R1）的滑片移到最右端，电流表的示数为I2。由串联电路特点和欧姆定律可得：UI1R2I2（R1+R2），解得：R2，小灯泡额定功率的表达式为：P额I额2RLI额2R2I额2R2I额2。故答案为：（1）如上所示；（2）0.625；（3）ABC；（3）R2； I额2。
