专题11伏安法和特殊方法测量小灯泡的电功率（原卷版）

专题11伏安法和特殊方法测量小灯泡的电功率考点考点透视测量小灯泡的电功率是初中电学的一个重要实验，是电功率一章的最后一节内容，是前面内容的一个升华，知识性综合性，是各省市中考中最常考的电学实验。伏安法测电功率主要考查电路的连接、电路故障、电流表的读数及电功率的计算，特殊方法测电功率侧重考查电路的设计、实验步骤及表达式的书写等。迷津点拨与点迷津点拨与点对点讲一、伏安法测量小灯泡的电功率：1.实验原理：P=UI。2.电路的设计：用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，为了多次测量，还需要滑动变阻器，还要用到组成电路必备的元件：电源、开关、导线，所以电路图如下：3.实验过程和记录表格：连接电路，移动滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数分别等于小灯泡的额定电压、实际电压为额定电压的1.2倍、实际电压为额定电压的0.8倍，并记下电压表和电流表的示数，观察小灯泡的亮度，将数据和观察到的灯泡的亮暗情况填入下表：U/VI/AP/W小灯泡的亮度1234.实验结论：（1）当U实=U额时，P实=P额，用电器正常工作；当U实〉U额时，P实〉P额，用电器容易烧坏；当U实<U额时，P实<P额，用电器不能正常工作。（2）不同电压下，小灯泡的功率不同，实际电压越大，小灯泡功率越大。（3）小灯泡的亮度是由小灯泡的实际功率决定的，实际功率越大，小灯泡越亮。例题1、（2021山西中考真题）“圆梦”学习小组在“测量小灯泡的电功率”实验中，小灯泡额定电压为2.5V

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整（导线不得交叉，其他接法合理即可）。（2）正确连接电路后，闭合开关，发现电流表指针不动。但用手按住开关，发现电流表指针摆动，出现这种现象的原因是______。（3）排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是______W。（4）小组的同学在实验中又测出了几组数据，请你帮他们设计一个实验记录表。【答案】（1）见解析（1）开关接触不良（3）0.7（4）表格见解析。【解析】（1）伏安法测小灯泡的功率实验中，滑动变阻器应“一上一下”接入电路，故连线如下图所示：；（2）闭合开关，发现电流表指针不动，说明电路存在断路的情况，其中用手按住开关后接通，说明可能是开关闭合时接触不良。（3）电流表选小量程，分度值为0.02A，电流表的示数为0.28A，则小灯泡的额定功率是P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；（4）根据需要，需记录小灯泡两端的电压、通过小灯泡的电流，计算小灯泡的电功率，并观察灯泡的亮暗情况，所以设计的实验表格如下：实验次数电压U/V电流I/A电功率P/W灯泡发光情况【点拨】（1）随着小灯泡两端电压的升高，小灯泡的电阻会越来越大，所以小灯泡的I—U图像是一条曲线，原因是：温度对小灯泡的电阻有影响。（2）本实验中多次测量的目的是为了测量不同电压下小灯泡的实际功率，不是为了多次测量求平均值，所以设计的表格中没有“平均功率”这一栏。（3）在开始进行实验时，小的票可能不亮，可能的原因之一是滑动变阻器连入电路中的阻值太大，小灯泡的实际功率太小，不足以使小灯泡发光。（4）小灯泡两端的电压无法达到调到额定电压的原因：电源电压过低或滑动变阻器的阻值太小。对点练：（2021山东烟台）为了测量小灯泡的电功率及观察小灯泡的亮度变化情况，某小组选用了一只额定电压为3.8V的小灯泡，他们准备进行三次测量，加在小灯泡两端的电压分别为3.8V、4.5V和3V，连接的实物电路图如图所示。（1）开始实验后，闭合开关，向左移动滑动变阻器的滑片时，发现小灯泡的亮度______（选填“变亮”、“变暗”或“不变”），电流表的示数_______，电压表的示数______（后两个空均选填“变大”、“变小”或“不变”）；（2）小组成员根据观察到的现象检查发现有一根导线连接错误，请在错误的导线上画“×”，用笔画线代替导线画出正确的连线；（3）正确连接电路后开始实验，实验所测数据如下表所示，则小灯泡的额定功率为______W；电压表示数（V）电流表示数（A）小灯泡的实际功率（W）小灯泡的发光情况3.80.40正常发光4.50.421.89校亮3.00.381.14较暗（4）根据上表的实验数据以及小灯泡的发光情况，你有什么发现?_______。二、特殊方法测小灯泡的电功率——缺少电流表（伏阻法）只有电压表时，无法直接测出电流，因此想办法测电流是实验的关键。为了测电流，往往是构造串联电路，使通过小灯泡的电流与通过定值电阻的电流相等，间接测出电流。电路设计实验步骤表达式已知U额、R0（1）闭合S、S1，移动滑片，使电压表示数为U额；（2）断开S1，闭合S2，保持滑片位置不变，读出电压表的示数U1。已知I额、R0（1）闭合S、S1，移动滑片，使电压表的读数I额R0；（2）断开S1，闭合S2，保持滑片位置不变，读出电压表示数U1。已知U额、R0（1）闭合S，调节R2的滑片到最左端，调节R1的阻值使电压表的示数为U额；（2）保持R1的位置不变，将R2的滑片调到最右端，读出电压表的示数U。例题2（2021山东德州节选）在“测量小灯泡额定功率”的实验中，另一组的小芳在进行实验时发现电流表已损坏无法使用，老师给她一个已知阻值为R0的定值电阻，同学们设计了如图所示的电路，并正确测出小灯泡的额定功率，已知电源电压不变，实验步骤如下：①闭合开关S，S1，断开S2，调节滑动变阻器的滑片P使电压表读数为小灯泡额定电压U额；②闭合开关S，断开S1，再闭合S2，保持滑动变阻器滑片P位置不动，读出此时电压表的示数为U；③小灯泡额定功率的表达式P额=______。（用U额、U、R0表示）【答案】。【解析】步骤①中闭合开关S，S1，断开S2，小灯泡、滑动变阻器、定值电阻R0串联，电压表测小灯泡两端电压，调节滑动变阻器的滑片P使电压表读数为小灯泡额定电压U额，此时小灯泡正常发光；步骤②中闭合开关S，断开S1，再闭合S2，小灯泡、滑动变阻器、定值电阻R0串联，电压表测小灯泡与定值电阻R0两端电压，保持滑动变阻器滑片P位置不动，读出此时电压表的示数为U。此时小灯泡依然正常发光，根据串联分压可得到定值电阻R0两端电压U0=UU额此时电路电流就小灯泡正常发光时的电流，则小灯泡的额定功率。【点拨】由于题目中只给出了电压表，所以应设法测量出小灯泡正常工作时的电流，而定值电阻的阻值己知，若能测量出它两端的电压，就能求出它的电流，这时如果小灯泡和定值电阻串联，则小灯泡的电流就是定值电阻的电流。因此我们设计构造串联电路，间接测小灯泡正常发光时的电流，便可以测量小灯泡的额定功率。对点练：（2021辽宁鞍山节选）在“测量小灯泡电功率”的实验后，某同学设计了如图所示的电路来测定额定电压为3V的小灯泡的额定功率。已知电源电压为9V，定值电阻R的阻值为10Ω。请帮助他完成以下实验步骤：

①开关S、S1闭合，S2断开，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为______V时，小灯泡正常发光；②保持滑片位置不动，开关S、S2闭合，S1断开，此时电压表的示数为4V；再将滑动变阻器的滑片移至最________（填“左”或“右”）端，此时电压表的示数为7V。③小灯泡的额定功率P额＝________W。三、特殊方法测小灯泡的电功率——缺少电压表（安阻法）只有电流表时，无法直接测出电压，因此想办法测电压是实验的关键。为了测电压，往往是构造并联电路，使小灯泡两端的电压与定值电阻的电压相等，间接测出电压。电路设计实验步骤表达式已知U额（1）闭合S、S1，移动滑片，使电流表的示数为；（2）断开S2，闭合S1，读出电流表的示数I1。已知I额、R0（1）闭合S、S2，移动滑片，使电压表的读数I额；（2）断开S2，闭合S1，保持滑片位置不变，读出电流表示数I1。已知I额（1）只闭合S1，移动滑片，使电流表示数为I额；（2）断开S1，闭合S2，保持滑片位置不变，调节电阻箱，当电流表示数为I额时，读出电阻箱连入电路中的电阻R。已知I额、U（1）只闭合S1，移动滑片，使电流表示数为I额；（2）保持滑片P位置不变，再闭合S2，读出电流表示数I。例题3（2021四川眉山节选）为测量额定电压为U0的小灯泡额定功率，物理科代表设计了图所示的电路（R0为已知的定值电阻，R为滑动变阻器）。（1）断开开关S1，闭合开关S2，移动滑动变阻器滑片P，当电流表示数为_______时，小灯泡恰好正常发光；（2）保持滑动变阻器滑片P位置不变，闭合开关S1，断开开关S2，记下电流表示数为I；（3）推导出小灯泡L的额定功率表达式P额＝_______（用物理量U0、R0和I表示）。【答案】。【解析】断开开关S1，闭合开关S2，移动滑动变阻器滑片P，定值电阻和灯泡并联，此时电流表测量定值电阻的电流，为了测量小灯泡的额定电压，故可以用电流表的示数和定值电阻组合成电压表，为了测量额定功率，故需要灯泡为额定电压，故此时的电流为，故此时的电流为；保持滑动变阻器滑片P位置不变，闭合开关S1，断开开关S2，记下电流表示数为I，此时灯泡和定值电阻仍然并联，电流表测干路电流，那么通过灯泡的额定电流为，故小灯泡的额定功率为。【点拨】由于题目中只给出了电流表，所以应设法测量出小灯泡的额定电压，而定值电阻的阻值己知，若能测量出通过它的电流，就能求出它两端的电压，这时如果小灯泡和定值电阻并联，则小灯泡的两端的电压就等于定值电阻两端的电压。因此我们设计构造并联电路，间接测小灯泡两端的电压，便可以测量小灯泡的额定功率。对点练：（2021广西玉林节选）在“测量一个小灯泡电功率”的实验中，若实验室电压表损坏，某同学用一个已知阻值为R0的定值电阻代替电压表，并设计了如图所示电路，在电源电压保持不变情况下，也正确地测出了一个额定电流为I额的小灯泡的额定功率，其实验步骤如下：（1）闭合S2，断开S1，移动滑动变阻器R的滑片至最左端，记下电流表的示数为I1；（2）闭合S1，断开S2，调节滑动变阻器R的滑片使小灯泡正常发光，电流表示数为I额；（3）保持滑动变阻器R的滑片不动，闭合S1，断开S2，记下电流表的示数为I2；（4）小灯泡额定功率的表达式为P额=___________（用I额、I1、I2和R0等符号表示）四、等效法测电功率通过构造电路，使灯泡电阻与电阻箱或滑动变阻器的电阻相等，求出电阻箱或滑动变阻器的电阻，间接求出小灯泡的电阻，然后用公式P=I额2RL或计算小灯泡的额定电功率。例题4（2021内蒙古通辽）在“测量小灯泡正常发光时的电阻”实验中，另一组的同学设计了图所示的实验电路，测出了小灯泡的额定功率，电源电压未知但恒定不变，R1和R2为滑动变阻器，R2的最大阻值为R0，请你将实验步骤补充完整。①只闭合开关S、S1调节R2，使电压表的示数为U额；②只闭合开关S、S2，________，使电压表示数仍为U额；③接着将R2的滑片P调至最左端，记下电压表的示数U1，再将R2的滑片P调至最右端，记下电压表的示数U2，则小灯泡额定功率表达式P额＝______（用U额、R0、U1、U2表示）。【答案】调节R1。【解析】①闭合S、S1，通过调节滑动变阻器R2，使灯泡两端电压为额定电压U额，灯正常光；②保持变阻器R2的滑片位置不动，只闭合R1所在支路，通过调节滑动变阻器R1使R1两端电压为小灯泡的额定电压，根据等效法，此时滑动变阻器R1使连入电路中的电阻大小等于灯正常发光时的电阻大小，即R1=RL；③为求出此时滑动变阻器R1使连入电路中的电阻，将R2的滑片P调至最左端，R2连入电路中的电阻为0，电压表的示数为U1即为电源电压；再将R2的滑片P调至最右端，此时两变阻器串联，电压表的示数为U2，即为R1的电压，根据串联电路电压的规律和欧姆定律有，解得，小灯泡额定功率的表达式。【点拨】本题中，之所以能用R1代替RL，就是因为当R2滑片不动时，小灯泡和R1分别与R2串联，当电压表示数相等时，小灯泡的阻值和R1的阻值相等，即为等效。在等效法中，常常使小灯泡正常发光，利用滑动变阻器或电阻箱间接测出小灯泡的电阻，但是效果一定要相等，效果相等常常表现在电流表或电压表示数相同，然后利用P额=I额2RL或计算出额定电功率。对点练：（2021江苏泰州）小华利用电源（电压恒定且未知）、电流表、电阻箱（0999.9Ω）、铭牌不清楚的滑动变阻器、开关、单刀双掷开关各一个及导线若干，设计了如图所示电路，测出了额定电流为I额的小灯泡的额定功率请你帮助小华补全实验方案：①闭合开关S1，将开关S2拨至1，调节电阻箱R1，使______，读出此时电阻箱接入电路中的阻值为R；②仍闭合开关S1，将开关S2拨至2，只调节R2，使电流表示数为I额；③在步骤②的基础上，将R1阻值调为0，R2的滑片______（填滑动变阻器滑片的位置变化情况），并读出电流表示数为I；④则小灯泡额定功率的表达式为：P=______（用已知量和所测物理量的符号表示）；⑤实验后小华发现，电路中只需将______和______互换位置，可以更简单地测出小灯泡的额定功率。点对点提高训练1、（2021山东威海）小红和小明进行“测量小灯泡的额定功率”的实验，实验室提供的器材有：不同规格的小灯泡和滑动变阻器、1.5V的干电池（若干）和其他常用器材。（1）图甲是小红进行实验的实物电路图，小灯泡额定电压为3.8V，滑动变阻器的规格为“10Ω1A”，请用笔画线代替导线，将图中的电路连接完整，使闭合开关时滑动变阻器连入电路的阻值最大。（2）连接好电路之后，闭合开关，移动滑片，发现小灯泡始终不发光，小红猜想可能的原因：①小灯泡的灯丝断了；②小灯泡短路；③滑动变阻器断路。她再观察，发现电流表示数为零，由此可判断猜想______是错误的；又进一步观察到电压表有示数，最终确定猜想______是正确的。（两空均选填“①”“②”或“③”）（3）排除故障后，小红移动滑片，使电压表的示数达到小灯泡的额定电压，此时电流表的指针如图乙所示，小灯泡的额定功率为______W。（4）小明用小红的实验电路接着测量规格为“2.5V0.3A”小灯泡的额定功率。闭合开关，保证小灯泡发光的情况下，无论如何移动滑片，电压表示数始终高于2.5V，为此必须对实验器材进行调整，下列措施可行的是：______、______。（填字母代号）A．换最大阻值较小的滑动变阻器B．串联定值电阻C．减少电池个数D．增加电池个数2、（2021湖北黄冈）在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V。（1）图甲是某小组连接的电路，其中有一根多余的导线，导致电路连接错误，请在这根导线上打“×”；（2）拆除多余的导线后，正确操作，当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是______W；（3）图丙是根据实验数据绘制的通过小灯泡的电流I与其两端电压U的关系图像，分析图像可知，当小灯泡两端的电压为1.5V时，小灯泡的电阻为______Ω；当小灯泡两端电压升高时，其电阻的变化情况是______（选填正确选项前的字母）。A．保持不变B．逐渐减小C．逐渐增大3、（2020辽宁营口节选）小辉同学准备测小灯泡的额定功率，检查实验器材时，发现缺少电压表，滑动变阻器均标有“20Ω2A”字样，小灯泡的额定电流是0.25A，于是他利用现有的实验器材，设计了如图所示的电路图。请你帮助小辉完成实验：①闭合开关S1，开关S2接b，R2阻值调到最大处，R1阻值调到0，此时电流表的示数为0.3A；②将R1阻值调到最大，闭合开关S1，开关S2接a，______，小灯泡正常发光；③保持R1接入电路的阻值不变，闭合开关S1，开关S2接b，R2滑片仍在阻值最大处，此时电流表的示数为0.2A，则小灯泡额定功率P额=______W。4、(2021黑龙江齐齐哈尔)小君同学想测量额定电压为U额的小灯泡的额定功率，但发现电流表已经损坏，于是他又找来了两个开关和一个阻值为R0的定值电阻，利用电源、符合实验要求的滑动变阻器、电压表、开关和导线，设计了如图所示的电路。已知电源电压恒为U（U>U额），请你完成下面的实验步骤：

（1）闭合开关S、S1，断开开关S（2）闭合开关______，断开开关______（填写S、S1、S2），保持滑动变阻器的滑片不动，读出电压表示数为U1；

（3）小灯泡额定功率的表达式为P额=______。5、（2021江苏建邺二模节选）小明利用实验室提供的器材：学生电源、三个定值电阻（R1=5Ω、R2=15Ω、R3=25Ω）、标有“20Ω1A”的滑动变阻器R4和最大阻值为999Ω的电阻箱R5等。小华利用R4、R5及R1、R2、R3中的某一个定值电阻，设计图所示的电路测出了小灯泡L的额定功率。已知小灯泡的额定电压为U额，电阻约为8Ω。①闭合开关S、S1，调节电阻箱R5的示数为0，调节滑动变阻器R4的滑片P，使电压表示数为U额；②闭合开关S、S2，保持___________不变，调节___________，使电压表示数为U额，读出此时电阻箱R5的示数为R′；③根据以上测量可知：图中选用定值电阻为___________（选填“R1”、“R2”或“R3”）；小灯泡L的额定功率P额=___________（用字母表示）。6、（2020四川雅安）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“20Ω2A”，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_____W；实验次数物理量12345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____（选填“增大”“不变”或“减小”），小灯泡的实际功率由______（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，设计了如图丁所示的电路，所用电压表量程为“015V”，请将以下实验步骤补充完整。①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______V；②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；③小灯泡的额定功率P额=______（用U额、U0、R0表示）。若步骤②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_____（选填“偏大”或“偏小”）。7、（2021江西省)【实验名称】测量小灯泡的电功率

【实验器材】额定电压为2.5V的小灯泡（电阻约10Ω）、电压为6V的电源、电流表、电压表、滑动变阻器（50Ω5A）、开关、导线若干。

【实验步骤】

（1）用笔画线代替导线将图甲中的电路连接完整（要求：滑动变器连入电路时阻值最大）；

（2）电路连接时开关应______。小明同学检查电路无误后，闭合开关，发现灯泡不亮但电流表和电压表均有较小的示数，接下来他应该______；

（3）小明同学进行实验得到