拓展课Ⅲ特殊方法测电功率(原卷版+解析)

拓展课Ⅲ特殊方法测电功率【知识掌握】电功率的测量分为专业的功率表测量，也可以根据电能表消耗的电能（转过的圈数）和时间t进行测量。测量原理：。还可以根据，通过测量电压和电流来间接测量电功率，也是教材重点讲述的方法。在测量电功率实验中，又分为测量用电器的实际功率和额定功率，测量额定功率属于测量电功率中的一种特殊情况，也是中考常考的题型，常常出现在实验探究题中，作为拓展延伸内容出现，属于电学内容的难点。电功率的表达式给出了一种测量额定功率的方法，叫伏安法。但是缺少电流表或电压表的情况下就需要通过特殊方法来进行测量，大致将测量方法分为伏阻法、安阻法、替代法等。在中考中，常常出现的是已知额定电压的题型，所以本讲只是针对额定电压情况，对于已知额定电流情况不作讨论。缺电流表设计思路：缺电压表设计思路【巩固提高】1．为了探究小灯泡亮度与实际功率的关系，小雨设计了如图甲所示的实验电路，已知小灯泡的额定电压是“2.5V”，请完成下列题目。实验序号电压U/V电流I/A电功率P/W灯泡的亮度10.50.160.08不亮21.50.200.3较暗32.5正常43.00.260.78很亮（1）图甲是小雨连接的实验电路，请用笔画线代替导线，将实验电路补充完整。（2）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，而电流表无示数，电压表有示数。则可能的故障是。（3）排除故障后，移动滑片至某一位置时电压表的示数为2.2V，为使小灯泡正常发光，应将滑片向（选填“左”或“右”）移动，直到小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为W。如表所示是小雨测量的数据表格，有同学认为，无需测量，也能计算出小灯泡的额定功率，可以利用表格中的其中一组数据，计算出1.5V电压下小灯泡的电阻R，再根据P=U2R计算小灯泡在2.5V下的额定功率。那么按此方案算出的小灯泡的额定功率与上一步测量的额定功率相比（4）由实验得出结论：小灯泡两端的电压越高，，灯泡越亮。（5）同学小侨又设计了一种测量额定功率的方案，如图丙所示，R0是阻值已知的定值电阻，请你将步骤补充完整：①连接好电路，闭合开关S，将开关S1拨到触点（选填“A”或“B”），移动滑片，使电压表的示数为小灯泡的额定电压U1；②保持滑片的位置不动，再将开关S1拨到另一触点，读出电压表的示数U2；③用U1、U2、R0表示小灯泡的额定功率，则表达式P＝。2．小虎利用如图甲所示的电路“探究小灯泡的亮度和电功率的关系”，已知小灯泡的额定电压为3.8V。（1）如图甲，连接的电路有错误。请你在错误连线上画“×”。并用笔画出正确的导线。（2）电路正确连接后，闭合开关发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来首先进行的操作是。A．检查滑动变阻器是否断路B．移动滑动变阻器的滑片C．检查小灯泡是否断路D．检查开关是否接触良好（3）实验过程中，当小灯泡正常发光时电流表示数如图乙所示，此时小灯泡的电阻为Ω。（4）如果该实验电源用干电池，至少需要节干电池。小虎设计了如下的实验表格。正确完成实验后，可以得出的结论是。电压/V0.8U额定U额定1.2U额定电流/A电功率/W小灯泡的亮度（5）小虎设计了A、B、C三种电路图，试图测量另一个小灯泡的额定功率（额定电压已知），其中R0为10Ω的定值电阻，S为单刀双掷开关（S可以连接“a”或“b”），则以下测量方案可行的是（选填字母）。3．小明为了探究小灯泡的功率与电压的关系，找来一个标有“2.5V”字样的小灯泡，连接了如图甲所示的电路图：（1）小明同学连接的电路中，开关闭合后，电压表示数为，于是他发现电路连接存在明显错误，请你在图中将改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线在图甲中画出正确的接法；（2）改正错误后，闭合开关，小明将变阻器的滑片P向右移动，小灯泡会（选填“变亮”、“变暗”或“不变”），小灯泡的亮度由来决定。（3）小明根据实验数据商出如图乙所示I﹣U图像，发现小灯泡的电流与电压（选填“成”或“不成”）正比，其原因是。（4）小明在测小灯泡额定电功率时发现电流表出现了故障，无法使用，于是他们又找来了一个已知阻值的定值电阻R0和一个单刀双掷开关S2，设计了如图丙所示实验电路，实验步骤如下所示：①闭合开关S1，将S2拨到（选填“1”或“2”）上，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V；②只将S2拨到另一个位置上，记录电压表的示数U；③小灯泡的额定功率的表达式：P＝（用已知量和测量量表示，数值要有单位）。4．小梁设计如图电路来探究“当通过导体的电流保持不变时，导体消耗的电功率与电阻成正比”。主要实验步骤如下：（1）按电路图连接电路，将滑动变阻器的滑片P调到阻值最大处。调节电阻箱至某一适当位置，读取阻值R并记录。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，读取电流表、电压表的示数并记录。（2）改变的阻值，调节滑动变阻器滑片，使，读取此时电阻箱、电流表和电压表的示数并记录。（3）重复步骤（2）再次实验，将相应的实验数据记录在表格中。（4）利用公式P＝，分别计算出电阻箱在不同阻值时消耗的电功率。5．实验桌上有如下器材：符合实验要求的电源一个、已调零的电流表和电压表各一块、滑动变阻器、电阻箱和开关各一个、导线若干。小梁选用上述器材，设计一个实验证明“当通过导体的电流保持不变时，导体消耗的电功率与电阻成正比”。实验电路如图所示。主要实验步骤如下：（1）按电路图连接电路。将滑动变阻器的滑片P调到阻值最大处，调节电阻箱至某一适当位置，读取阻值R并记录。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P读取电流表的示数I，电压表的示数U并记录。（2）改变的阻值，调节滑动变阻器滑片，使，读取此时电阻箱、电流表和电压表的示数并记录。（3）仿照步骤（2），再做4次实验，将相应的实验数据记录在表格中。（4）利用公式P＝，分别计算出电阻箱在不同阻值时消耗的电功率并记录在表格中。6．某实验小组同学通过实验探究串联电路中两个电阻消耗电功率的变化规律。他们按图所示连接电路，电源电压保持不变，定值电阻R定为10欧。实验时，他们多次改变滑动变阻器滑片的位置，并读出各电表的示数，分别用公式计算出变阻器接入电路的电阻R滑、R定消耗的电功率P定、R滑消耗的电功率P滑，并将计算结果及相关数据记录在表中。R定＝10欧实验序号R滑（欧）P定（瓦）P滑（瓦）122.500.50251.600.803100.900.904150.580.865200.400.80（1）根据表格中实验序号1、2、3中的数据，可以得出的初步结论是：在串联电路中，当电源电压和R定一定时，。（2）根据表格中实验序号4与5中的数据，可以得出的初步结论是：在串联电路中，当电源电压和R定一定时，。（3）请根据表格中的信息判断：当该电路中滑动变阻器的功率为0.85瓦时，滑动变阻器的阻值范围为。（4）该小组同学猜想R定与R滑满足条件时，P滑最大。为了验证以上猜想，他们还需添加实验器材继续探究。7．同学们通过实验探究“电流相同时，电功率跟电压的关系”。所用两只灯泡为L1“2.5V0.3A”和L2“3.8V0.3A”。（1）小文同学用干电池做电源，把两只灯泡连成如图甲所示的电路，采取这样连接方式的目的是：；实验中，可通过小灯泡亮度判断。灯泡发光情况电压U/VL1暗L2亮2.7（2）闭合开关进行实验，L1两端电压如表盘，则L1两端电压为V，结合表中其他证据可得出的结论是：。（3）针对此探究课题，小宇同学设计的电路如图乙，利用该电路完成探究课题有什么缺点和优点？（注：电路乙与甲相比结构复杂，元件数多除外）拓展课Ⅲ特殊方法测电功率【知识掌握】电功率的测量分为专业的功率表测量，也可以根据电能表消耗的电能（转过的圈数）和时间t进行测量。测量原理：。还可以根据，通过测量电压和电流来间接测量电功率，也是教材重点讲述的方法。在测量电功率实验中，又分为测量用电器的实际功率和额定功率，测量额定功率属于测量电功率中的一种特殊情况，也是中考常考的题型，常常出现在实验探究题中，作为拓展延伸内容出现，属于电学内容的难点。电功率的表达式给出了一种测量额定功率的方法，叫伏安法。但是缺少电流表或电压表的情况下就需要通过特殊方法来进行测量，大致将测量方法分为伏阻法、安阻法、替代法等。在中考中，常常出现的是已知额定电压的题型，所以本讲只是针对额定电压情况，对于已知额定电流情况不作讨论。缺电流表设计思路：缺电压表设计思路【巩固提高】1．为了探究小灯泡亮度与实际功率的关系，小雨设计了如图甲所示的实验电路，已知小灯泡的额定电压是“2.5V”，请完成下列题目。实验序号电压U/V电流I/A电功率P/W灯泡的亮度10.50.160.08不亮21.50.200.3较暗32.5正常43.00.260.78很亮（1）图甲是小雨连接的实验电路，请用笔画线代替导线，将实验电路补充完整。（2）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，而电流表无示数，电压表有示数。则可能的故障是灯泡断路。（3）排除故障后，移动滑片至某一位置时电压表的示数为2.2V，为使小灯泡正常发光，应将滑片向左（选填“左”或“右”）移动，直到小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为0.6W。如表所示是小雨测量的数据表格，有同学认为，无需测量，也能计算出小灯泡的额定功率，可以利用表格中的其中一组数据，计算出1.5V电压下小灯泡的电阻R，再根据P=U2R（4）由实验得出结论：小灯泡两端的电压越高，实际电功率越大，灯泡越亮。（5）同学小侨又设计了一种测量额定功率的方案，如图丙所示，R0是阻值已知的定值电阻，请你将步骤补充完整：①连接好电路，闭合开关S，将开关S1拨到触点A（选填“A”或“B”），移动滑片，使电压表的示数为小灯泡的额定电压U1；②保持滑片的位置不动，再将开关S1拨到另一触点，读出电压表的示数U2；③用U1、U2、R0表示小灯泡的额定功率，则表达式P＝U1×U2【解答】解：（1）结合表中数据确定两表的量程可知两表选小量程，电流表与小灯泡串联，电压表并联在小灯泡两端，正确连接如图；（2）电路连接正确后，闭合开关，小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路可能出现了断路故障，电压表有示数，说明电压表、电流表、滑动变阻器、开关与电源之间是接通的，所以故障为灯泡断路；（3）电压表的示数为2.2V低于小灯泡的额定电压，所以应该增大小灯泡两端的电压，灯泡才能正常发光，根据串联分压的规律可知，应减小滑动变阻器连入电路的电阻从而减小滑动变阻器两端的电压，所以应将滑片向左移动；由图可知，电流表选用的是小量程，分度值为0.02A，示数为0.24A，小灯泡的额定功率是：P额＝U额I额＝2.5V×0.24A＝0.6W；灯的电阻随温度的升高而变大，用已经测量的其中一组数据，计算出1.5V电压下小灯泡的电阻R，小于灯在额定电压下的电阻，再根据P=U（4）由实验得出结论：小灯泡的实际电压越高，实际电流越大，实际电功率越大，灯泡越亮；（5）①连接好电路，闭合开关S，将开关S1拨到触点A，移动滑片，使电压表的示数为小灯泡的额定电压U1；②保持滑片的位置不动，再将开关S1拨到另一触点（B），读出电压表的示数U2；③在①中，电压表测灯的电压，灯正常发光；在②中，电压表测灯与R0的电压，因此时各电阻的大小和电压不变，灯仍正常工作，根据串联电路电压的规律，此时定值电阻的电压：U0＝U2﹣U1；通过定值电阻的电流：I0=U0R0=U2−故答案为：（1）见解析；（2）灯泡断路；（3）左；0.6；偏大；（4）实际电功率越大；（5）①A；③U1×U2．小虎利用如图甲所示的电路“探究小灯泡的亮度和电功率的关系”，已知小灯泡的额定电压为3.8V。（1）如图甲，连接的电路有错误。请你在错误连线上画“×”。并用笔画出正确的导线。（2）电路正确连接后，闭合开关发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来首先进行的操作是B。A．检查滑动变阻器是否断路B．移动滑动变阻器的滑片C．检查小灯泡是否断路D．检查开关是否接触良好（3）实验过程中，当小灯泡正常发光时电流表示数如图乙所示，此时小灯泡的电阻为10Ω。（4）如果该实验电源用干电池，至少需要4节干电池。小虎设计了如下的实验表格。正确完成实验后，可以得出的结论是灯的实际功率越大，灯越亮。电压/V0.8U额定U额定1.2U额定电流/A电功率/W小灯泡的亮度（5）小虎设计了A、B、C三种电路图，试图测量另一个小灯泡的额定功率（额定电压已知），其中R0为10Ω的定值电阻，S为单刀双掷开关（S可以连接“a”或“b”），则以下测量方案可行的是A、B（选填字母）。【解答】解：（1）如图甲，将变阻器的金属杆连入电路上是错误的，应按一上一下连入电路中，如下所示：（2）电路正确连接后，电流表和电压表均有示数，电路为通路，发现小灯泡不亮，说明电路的电流过小，故接下来首先进行的操作是移动滑动变阻器的滑片，选B；（3）当小灯泡正常发光时电流表示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.38A，由欧姆定律可得此时小灯泡的电阻为：R=UI=（4）1节干电池电压为1.5V，灯的额定电压为3.8V，从实验表格中可知，需要调节滑动变阻器使得灯泡两端的电压为1.2U额定，即1.2U额定＝1.2×3.8V＝4.56V，故至少需要4节干电池。小虎设计了如下的实验表格。正确完成实验后，可以得出的结论是灯的实际功率越大，灯越亮；（5）A、S打到a，通过移动滑片的位置，使灯的电压为额定电压；保持滑片位置不动，S打到b若该电路中没有电流表，电压表和定值电阻应起到测量电流的作用，故将灯与定值电阻串联后再与变阻器串联；要测灯的额定功率，首先使灯正常发光，先将电压表与灯并联，通过移动滑片的位置，使灯的电压为额定电压；保持滑片位置不动，通过开关的转换，使电压表测灯与定值电阻的电压，因此时各电阻的大小和电压不变，灯仍正常工作，根据串联电路电压的规律，可求出此时定值电阻的电压，由欧姆定律可求出灯的额定电流，根据P＝UI可求出灯的额定功率；B、要测灯的额定功率，应先使灯正常发光，在没有电压表的情况下，电流表与定值电阻R0应起到电压表的测量作用，故将R与电流表串联后再与灯并联，通过移动变阻器的滑片使电流表示数为I1=U保持滑片位置不变，通过开关的转换，使电流表测灯与R0并联的总电流，因电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求出灯的额定电流，根据P＝UI写出灯的额定功率的表达式，B可行；C、无论S打到a或b，无法确定灯是否正常发光，C不可行。故选A、B。故答案为：（1）如上所示；（2）B；（3）10；（4）4；灯的实际功率越大，灯越亮；（5）A、B。3．小明为了探究小灯泡的功率与电压的关系，找来一个标有“2.5V”字样的小灯泡，连接了如图甲所示的电路图：（1）小明同学连接的电路中，开关闭合后，电压表示数为0V，于是他发现电路连接存在明显错误，请你在图中将改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线在图甲中画出正确的接法；（2）改正错误后，闭合开关，小明将变阻器的滑片P向右移动，小灯泡会变亮（选填“变亮”、“变暗”或“不变”），小灯泡的亮度由实际功率来决定。（3）小明根据实验数据商出如图乙所示I﹣U图像，发现小灯泡的电流与电压不成（选填“成”或“不成”）正比，其原因是灯泡的灯丝电阻随温度的升高而增大。（4）小明在测小灯泡额定电功率时发现电流表出现了故障，无法使用，于是他们又找来了一个已知阻值的定值电阻R0和一个单刀双掷开关S2，设计了如图丙所示实验电路，实验步骤如下所示：①闭合开关S1，将S2拨到1（选填“1”或“2”）上，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V；②只将S2拨到另一个位置上，记录电压表的示数U；③小灯泡的额定功率的表达式：P＝2.5V×U−2.5VR【解答】解：（1）由电路图可知，灯泡和电压表被短路了，开关闭合后，电压表示数为0V；实验中，电压表应并联在灯泡两端，且灯泡与电流表串联，改接电路如图所示：（2）改正错误后，闭合开关，将变阻器的滑片P向右移动，滑动变阻器接入电路的阻值变小，总电阻变小，电源电压不变，根据欧姆定律可知电路中的电流变大，根据串联分压特点可知滑动变阻器两端的电压变小，根据串联电路的电压特点可知灯泡两端的电压变大，根据P＝UI可知小灯泡的实际功率变大，故小灯泡会变亮，所以小灯泡的亮度由实际功率决定的；（3）小明根据实验数据画出如图乙所示I﹣U图像，为一曲线，故小灯泡的电流与电压不成正比，其原因是灯泡的灯丝电阻随温度的升高而增大；（4）①闭合开关S1，将S2拨到1上，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V，此时定值电阻与灯泡串联，电压表测灯泡两端电压，所以灯泡正常发光；②只将S2拨到2上，记下电压表的示数U，电压表测量小灯泡和R0两端总电压U，则R0两端电压为U﹣2.5V，根据串联特点和欧姆定律可得电路中电流I′=U−2.5V③小灯泡的额定功率的表达式：P＝U额I′＝2.5V×U−2.5V故答案为：（1）0V；如图；（2）变亮；实际功率；（3）不成；灯泡的灯丝电阻随温度的升高而增大；（4）1；2.5V×U−2.5V4．小梁设计如图电路来探究“当通过导体的电流保持不变时，导体消耗的电功率与电阻成正比”。主要实验步骤如下：（1）按电路图连接电路，将滑动变阻器的滑片P调到阻值最大处。调节电阻箱至某一适当位置，读取阻值R并记录。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，读取电流表、电压表的示数并记录。（2）改变电阻箱R的阻值，调节滑动变阻器滑片，使电流表A的示数不变，读取此时电阻箱、电流表和电压表的示数并记录。（3）重复步骤（2）再次实验，将相应的实验数据记录在表格中。（4）利用公式P＝UI，分别计算出电阻箱在不同阻值时消耗的电功率。【解答】解：由小梁的电路图可知，实验步骤：（1）按电路图连接电路。将滑动变阻器的滑片P调到阻值最大处，调节电阻箱至某一适当位置，读取阻值R并记录。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P读取电流表的示数，电压表的示数U并记录。（2）改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器滑片，使电流表A的示数不变，读取此时电阻箱、电流表和电压表的示数并记录。（3）仿照步骤（2），再做次实验，将相应的实验数据记录在表格中。（4）利用公式P＝UI，分别计算出电阻箱在不同阻值时消耗的电功率。故答案为：（2）电阻箱R；电流表A的示数不变；（4）UI。5．实验桌上有如下器材：符合实验要求的电源一个、已调零的电流表和电压表各一块、滑动变阻器、电阻箱和开关各一个、导线若干。小梁选用上述器材，设计一个实验证明“当通过导体的电流保持不变时，导体消耗的电功率与电阻成正比”。实验电路如图所示。主要实验步骤如下：（1）按电路图连接电路。将滑动变阻器的滑片P调到阻值最大处，调节电阻箱至某一适当位置，读取阻值R并记录。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P读取电流表的示数I，电压表的示数U并记录。（2）改变电阻箱R的阻值，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数仍为I，读取此时电阻箱、电流表和电压表的示数并记录。（3）仿照步骤（2），再做4次实验，将相应的实验数据记录在表格中。（4）利用公式P＝UI，分别计算出电阻箱在不同阻值时消耗的电功率并记录在表格中。【解答】解：由小梁的电路图可知，实验步骤：（1）按电路图连接电路。将滑动变阻器的滑片P调到阻值最大处，调节电阻箱至某一适当位置，读取阻值R并记录。闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P读取电流表的示数，电压表的示数U并记录。（2）改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数仍为I，读取此时电阻箱、电流表和电压表的示数并记录。（3）仿照步骤（2），再做4次实验，将相应的实验数据记录在表格中。（4）利用公式P＝UI，分别计算出电阻箱在不同阻值时消耗的电功率并记录在表格中。故答案为：（2）电阻箱R；电流表示数仍为I；（4）UI。6．某实验小组同学通过实验探究串联电路中两个电阻消耗电功率的变化规律。他们按图所示连接电路，电源电压保持不变，定值电阻R定为10欧。实验时，他们多次改变滑动变阻器滑片的位置，并读出各电表的示数，分别用公式计算出变阻器接入电路的电阻R滑、R定消耗的电功率P定、R滑消耗的电功率P滑，并将计算结果及相关数据记录在表中。R定＝10欧实验序号R滑（欧）P定（瓦）P滑（瓦）122.500.50251.600.803100.900.904150.580.865200.400.80（1）根据表格中实验序号1、2、3中的数据，可以得出的初步结论是：在串联电路中，当电源电压和R定一定时，R滑越大，P定越小，P滑越大。（2）根据表格中实验序号4与5中的数据，可以得出的初步结论是：在串联电路中，当电源电压和R定一定时，R滑越大，P定越小，P滑越小。（3）请根据表格中的信息判断：当该电路中滑动变阻器的功率为0.85瓦时，滑动变阻器的阻值范围为5Ω到10Ω或15Ω到20Ω。（4）该小组同学猜想R定与R滑满足R滑等于R定条件时，P滑最大。为了验证以上猜想，他们还需添加用阻值不同的定值电阻实验器材继续探究。【解答】解：（1）根据表格中实验序号1、2、3中的数据，可以得出的初步结论是：在串联电路中，当电源电压和R定一定时，R滑越大，P定越小，P滑越大；（2）根据表格中实验序号4与5中的数据，可以得出的初步结论是：在串联电路中，当电源电压和R定一定时，R滑越大，P定越小，P滑越小；（3）根据（1）的结论知，0.50W＜0.85W＜0.90W，故当该电路中滑动变阻器的功率为0.85瓦时，滑动变阻器的阻值范围为5Ω到10Ω；根据（2）的结论知，0.80W＜0.85W＜0.90W，故当该电路中滑动变阻器的功率为0.85