初中物理尖子生自主招生培优讲义版块17 电功率 专题17-9 特殊方法测电功率 （学生版）

页专题17-9特殊方法测电功率知识·解读一、方法概述常规的测电功率的实验方法是伏安法，即利用电压表和电流表分别测出用电器两端的电压和通过用电器的电流，根据P＝UI计算出电功率；由于测量器材的限制，在缺少一个仪表的条件下，某个物理量不能直接测量，此时可借助定值电阻或电阻箱等来完成对该物理量的测量，常用的方法有伏阻法、安阻法、替代法。二、具体方案器材和目的电路图实验步骤表达式只有电流表没有电压表：电源、开关、滑动变阻器、电流表两个、定值电阻R0、额定电压为U额的小灯泡，测小灯泡的额定功率1.闭合开关，移动滑动变阻器的滑片使电流表A1示数为I1＝eq\f(U额,R0)2.读出此时电流表A2的示数为I2P额＝U额I2P额＝(I2－eq\f(U额,R0))U额只有电压表，没有电流表：电源电压6V、开关、电压表(0～3V,0～15V)、滑动变阻器、定值电阻R0，测额定电压为3.8V小灯泡的额定功率1.闭合开关，移动滑片使电压表示数为3.8V，此时灯泡正常发光2.再将电压表接在定值电阻R0两端，测出电压为U0，即电流I＝eq\f(U0,R0)P额＝3.8V·eq\f(U0,R0)只有电压表，但最大量程不能使用：电源电压6V、开关、电压表(0～3V)、滑动变阻器、定值电阻R0，测额定电压为3.8V小灯泡的额定功率1.闭合开关，移动滑片使R0和滑动变阻器的总电压为2.2V，小灯泡正常发光2.滑片不动，用电压表测R0的电压为U0P额＝3.8V·eq\f(U0,R0)电源、开关、导线、电压表已知最大阻值为R0的滑动变阻器，测额定电压为U额的定值电阻的额定功率1.闭合开关，调节滑片使滑动变阻器的电阻最小，电压表测出总电压U2.移动滑片使滑动变阻器的电阻最大，测出R的电压为U1，则滑动变阻器的电压为(U－U1)，求出电流I＝eq\f(U－U1,R0)3.定值电阻的阻值R＝eq\f(U1,I)＝eq\f(U1R0,U－U1)P额＝eq\f(U\o\al(2,额)U－U1,U1R0)(说明：先通过测量计算出R的电阻，再用公式P＝eq\f(U\o\al(2,额),R)求额定功率)典例·解读例1、同学们在“测量额定电压为2.5V小灯泡电功率”的实验中，设计的实验电路图如图甲所示。实验次数1234电压U/V1.02.03.04.0电流I/A0.100.170.230.25（1）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P移到最________端。（2）实验时，电压表和电流表读数记录在上表中。实验结束后，同学们想知道小灯泡的额定功率，却发现没有测小灯泡正常工作时的电流，有同学认为可利用表中某组数据求出电阻RL，再利用P额＝eq\f(U额2,RL)求出小灯泡的额定功率。请指出该方法错误的原因：________________________________________。（3）有同学将表中数据转换为图乙所示的的I－U曲线，由图可知小灯泡的额定功率为________W。（4）如果电压表损坏，增加一个电流表、两个开关和阻值为10Ω的定值电阻R0，如何测量小灯泡的额定功率？小明同学设计了如图丙所示的电路。首先闭合开关S、S1，移动滑片直到电流表A1的示数I1为0.25A，然后断开开关S1、闭合开关S2，读出电流表A2的示数为I2。请评价他的实验方案，如果正确，请写出小灯泡额定功率的表达式（全部用字母表示）；如果不正确，请简述改进方案。________（选填“正确”或“错误”），____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【【答案】(1)右；(2)小灯泡的电阻随温度变化而变化；(3)0.5(4)错误改进方案：同时闭合S、S1、S2，调节滑动变阻器R，使电流表A1的示数为0.25A，读出此时电流表A2的示数为I2，小灯泡的额定功率为P额＝2.5V×I2【解析】(1)由图甲可知，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片P移到最大阻值处的右端。(2)先求出灯泡的电阻RL，再用P额＝eq\f(U额2,RL)计算灯泡的额定功率，该方法不可行，因为灯丝的电阻受温度影响，在不同电压下(不同温度下)，灯丝的电阻不同。(3)由图乙的I－U曲线可知，额定电压为2.5V时，通过灯泡的电流为I＝0.2A，则小灯泡的额定功率为P＝UI＝2.5V×0.2A＝0.5W。(4)题述方案不能确定S2闭合时小灯泡两端的电压为小灯泡的额定电压，故错误。改进方案：同时闭合S、S1、S2；调节滑动变阻器R，使电流表A1的示数为0.25A，此时小灯泡两端的电压为2.5V，读出此时电流表A2的示数为I2，则小灯泡的额定功率为P额＝2.5V×I2。培优·训练1、用电压表和已知阻值的定值电阻测小灯泡的电功率，在测量时，如图所示，将灯泡与已知阻值为R0的电阻串联，用电压表测出电阻R0两端的电压U1，求出通过R0的电流I，即通过灯泡的电流为I＝________，再用电压表测出灯泡两端的电压U2，运用公式P＝UI即可求出灯泡的电功率P＝________。2、用如图所示的电路来测量灯泡的额定功率，小灯泡上标有“2.5V”字样，R0阻值已知。（1）将实验过程补充完整：A.对照电路图连接好电路，并将滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处。B.闭合开关，________________________________________________________________________。C.断开开关，整理器材。（2）小灯泡额定功率的表达式：P额＝________。（用测量量和已知量符号表示）（3）写出本实验中滑动变阻器的作用：____________________________________________________。3、在“测量小灯泡的额定功率”实验中，灯泡上标有“3.8V”字样，电源电压恒定。（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。（2）连接完实验电路后，用开关试触时，发现灯泡不亮，电流表几乎无示数，电压表的示数接近电源电压，其故障原因可能是_____________________。（3）故障排除后，开始实验，在移动滑动变阻器滑片的过程中，眼睛应注视________的示数，直到灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则灯泡的额定功率为________W。（4）完成上述实验后，小聪向老师借了一个已知阻值为R0的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的电路，也测出了灯泡的额定功率。请完成下列实验步骤：①闭合开关S1，将S2拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为________V；②再将开关S2拨到触点1，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；③灯泡额定功率的表达式为P额＝________________。（用已知量和测量量符号表示）4、用电流表和已知阻值的定值电阻测小灯泡的电功率，在测量时，如图所示，将灯泡与已知阻值为R0的电阻并联，用电流表A1测出通过电阻R0的电流I1，用电流表A2测出通过灯泡L的电流I2，R0两端的电压：U＝________，灯泡的电功率：P＝________。5、（多选）如图所示，几个同学在只有电流表时，利用一个已知阻值的电阻R0设计了四个测未知电阻Rx电功率的电路，其中不可行的是（）6、为了测定标有“2.5V”字样小灯泡的额定功率，某同学设计了如图甲所示的电路图，其中定值电阻R0的阻值为5Ω。丙（1）请你依据电路图用笔画线代替导线，把图乙连接完整。（导线不得交叉）（2）正确连接好电路后，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片，使电流表A1的示数为________A时，小灯泡正常发光。此时电流表A2的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________W。（3）在实验测量过程中，电流表A1与R0串联的作用相当于________。7、如图甲所示是小盛同学设计的测小灯泡电功率的实验电路（灯泡的额定电压U额＝2.5V）。（1）小盛所连接的实验电路存在错误，但只需改动一根导线，即可使电路连接正确，请你在应改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线画出正确的接法。（2）电路连接正确后，闭合开关发现小灯泡不亮，但电流表有示数，接下来应进行的操作是________。A、更换小灯泡B、检查开关是否闭合C、移动滑动变阻器的滑片D、检查电压表是否断路（3）正确操作后，小灯泡发光，这时电压表的示数为2V，则应向________（选填“左”或“右”）移动滑动变阻器的滑片，直到电压表的示数为________时为止，此时电流表的示数（如图乙所示）为________A，则小灯泡的额定功率为________W。（4）同组的明月同学也设计了一个电路图（如图丙所示），测出了该小灯泡正常发光时的功率，其中定值电阻的阻值R＝25Ω，正确操作过程如下：①只闭合开关S和________，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为I1＝________A；②闭合开关S和_______，断开开关_______，保持滑动变阻器滑片的位置不动，读出电流表示数为I2；③小灯泡额定功率的表达式为P额＝________________。（用测量量和已知量符号表示）8、小明要测定标有“3.8V”小灯泡正常发光时的电阻，选择一些器材连接了如图甲所示电路。(1)同组的小芳发现小明所选的器材不能完成此实验，其原因是____________________________。并且电路连接也有错误，如果此时闭合开关，小灯泡_______(选填“发光”或“不发光”)，电压表_______(选填“有示数”或“无示数”)。请你在接错的那根导线上打“×”，并另画一根导线，使电路连接正确。(2)小明重新选择合理器材，将电路改接正确后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡正确发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡正常发光时的电阻是_______Ω。(3)小明还测量了小灯泡在不同电压下的电流，并根据所测得数据绘制了小灯泡的I－U图像，如图丙所示，根据图像可知电流与电压并不成正比，原因是灯丝的电阻随温度升高而_______。在这个图像中，横轴应该表示的是_______(选填“电压”或“电流”)。(4)上述实验结束后，小明又设计了如图丁所示的电路，只用电压表来测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率。已知滑动变阻器R的最大阻值为15Ω，电源电压恒定，其测量过程如下：①闭合开关S、S2，断开S1，将滑动变阻器的滑片移到最上端，电压表示数为4.5V。②_____________________(填三个开关闭合与断开情况)，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数为_______V，这时小灯泡正常发光。③闭合开关S、S2，断开S1，保持滑动变阻器滑片的位置不变，电压表示数为3V。④小灯泡的额定功率P额＝_______W。9、小灯泡的额定电压为2.5V，为了测量小灯泡的额定功率，小华设计了如图所示的电路。L是小灯泡，R是电阻箱，RP是滑动变阻器，S1是单刀双掷开关。（1）按电路图连接好实物电路，连接时开关应_______，并将滑动变阻器滑片滑至阻值最大处。（2）闭合开关S后，应先将开关S1接到触点_______（选填“1”或“2”），调节滑动变阻器，使电压表的示数为_______V，然后把开关S1接到另一触点，并调节电阻箱R，直到电压表示数为_______V，读出此时电阻箱的示数为10Ω，则小灯泡的额定功率为_______W。10、小鹭利用电流表和电阻箱测量小灯泡的电功率，设计并连接了如图甲所示的部分实验电路。甲乙（1）请你添加一条导线，将图示的实物图补充完整，并使滑动变阻器的滑片P向右移动时接入电路的阻值变大。（2）闭合开关S1，将开关S2扳向_______（选填“1”或“2”），调节滑动变阻器使电流表的示数为I1，如图乙所示，I1＝_______A。（3）将开关S2扳向另一端，保持_______的阻值不变，调节_______的阻值R，使电流表的示数仍为I1。（4）若此时R＝7.0Ω，则小灯泡的实际功率P1＝_______W。（5）若小灯泡的额定电流为I0＝2I1，以下关于额定功率P0与实际功率P1的数值关系，你认为最有可能的是_______。（填序号）A.P0＝2P1B.P0＝3P1C.P0＝4P1D.P0＝5P111、小丽同学手里有一个标有“3.8V”字样的小灯泡，她想知道小灯泡正常工作时的电阻，于是在学校实验室找来一些器材连接了如图甲所示的实验电路，电源电压恒定不变。(1)小丽测小灯泡电阻的实验原理是_______。(2)请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物连接完整(要求滑片向左移灯泡变亮)，并在虚线框内画出电路图。(3)闭合开关，移动滑动变阻器滑片，她发现灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，其故障原因是____________________________。(4)故障排除后，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图丙所示，示数为_______A，小灯泡正常工作时的电阻是_______Ω。(5)完成上述实验后，小丽向老师要了一个已知阻值为R0的定值电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丁所示的实验电路，测出了小灯泡的额定功率，请你帮她完成下列实验步骤：①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为_______V。②保持滑片的位置不动，再将开关S2拨到触点1，读出电压表的示数为U。③小灯泡额定功率的表达P额＝_____