16.3 测量电功率 - (解析版)

第十六章电流做功与电功率课时16.3测量电功率素养目标素养目标物理观念伏安法测电功率：利用电压表和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。科学思维学会间接测量的思维，将电功率计算公式和作为实验原理，设计并进行实验，测出用电器的电功率。科学态度与责任通过认识用电器正常工作和不正常工作对用电器的影响，养成科学使用用电器的意识。题型汇总：测电功率时实验数据的分析和处理、测电功率过程中的实验故障分析、利用电能表测算家用电器的电功率。知识梳理知识梳理【实验目的】测量小灯泡的电功率【实验原理】根据公式P=UI，测出灯两端电压和通过灯泡电流，计算出小灯泡的电功率。1.实验情况分析用电器在额定电压下工作时的功率叫额定功率。如果不是在额定电压下叫实际功率，那么我们想要测量的是什么功率呢？实验应测量以下三种情况下的实际功率：（1）使小灯泡在额定电压下发光，测出其功率，观察小灯泡亮度。（2）使小灯泡两端电压是额定电压的1.2倍，测出其功率，并观察小灯泡亮度。（3）使小灯泡两端电压低于额定电压，测出其功率，并观察小灯泡亮度。提醒：滑动变阻器的作用：保护电路，改变电阻来调节小灯泡两端电压，测小灯泡不同电压下的电功率。2.制订计划与设计实验(1)点拨思路：①电功率的计算公式是什么？提示：P＝UI。②由P＝UI可以看出，要测小灯泡的功率需测量的物理量有哪些？提示：灯泡两端的电压U与灯泡中的电流I。③如何使小灯泡两端电压正好等于其额定电压呢？提示：串联滑动变阻器，调节小灯泡两端电压。电路图：（3）实物图： 【实验器材】干电池2节、电压表、电流表、滑动变阻器、开关各1只，“2.5V”的小灯泡1个（附灯座），导线若干。3.进行实验与收集数据【实验步骤】（1）按电路图连接实物电路。（2）合上开关，调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压为额定电压，观察小灯泡发光情况，记录电流表、电压表示数。（3）调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压为额定电压值的1.2倍，观察灯泡发光情况，记录电流表、电压表示数。（4）调节滑动变阻器，使小灯泡两端电压低于额定电压，观察并做记录。（5）断开开关，整理实验器材。【实验数据记录】次数要求亮度电流电压电功率1U=U额2U>U额3U<U额【注意事项】（1）连接电路过程中开关应始终处于断开状态。（2）根据小灯泡的额定电压值，估计电路中电流、电压的最大值，选择合适的量程，并注意正负接线柱的连接及滑动变阻器正确接法。（3）合上开关前，应检查滑动变阻器滑片是否在最大值的位置上，若不是，要弄清楚什么位置是最大位置并调整。（4）调节滑动变阻器的过程中，要首先明白向什么方向可以使变阻器阻值变大或变小，怎么调能使小灯泡两端电压变大或变小。【结论】(1)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。(2)小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。考点突破考点突破考点一测量电功率大山做“测量小灯泡的额定功率”实验，实验电路如图甲所示，实验中电源电压恒为6V，小灯泡的额定电压，小灯泡正常发光时的电阻约为10Ω。

（1）请按照图甲中的电路图，用笔画线代替导线将图乙中的实物电路图连接完整。要求：滑动变阻器的滑片向右移时灯泡变暗。

（2）连接电路时，开关应______。

（3）大山同学正确进行实验，根据实验数据作出的小灯泡的I—U图像如图丙所示，则小灯泡的额定功率是______W；某次实验中，小明发现电压表和电流表都正常偏转，小灯泡却不发光，原因是______。

(4)实验室中的滑动变阻器有两种规格：A.“10Ω2A”，B.“50Ω1A”，可判断本实验中选用的滑动变阻器的规格为______(选填“A”或“B”)。

(5)同组的小玲同学，设计了如图丁所示的电路，利用一已知阻值为的定值电阻，也测出了小灯泡的额定功率。请完成如下实验步骤：

①连接好电路，闭合开关S、S1，断开开关S2，调节滑动变阻器滑片使电压表示数为；

②保持滑动变阻器滑片位置不变，______，记录电压表示数U；

③小灯泡的额定功率______(用题中已知物理量表示)【答案】断开

0.625

灯的实际功率太小

B

闭合开关S、S2，断开开关S1

【解析】解：(1)灯泡的额定电流大约为：I=UR=2.5V10Ω=0.25A，因此电压表选择0～0.6A的量程；将电流表的0.6A接线柱与电源的正接线柱相连；将滑动变阻器的左下接线柱与灯泡的右接线柱相连，如下图所示：

；

(2)为了保护电路，连接电路时，开关应断开；

(3)由I−U图像知，当灯的电压是2.5V时，对应的电流值为0.25A，额定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；

某次实验中，小明发现电压表和电流表都正常偏转，电路为通路，灯两端电压不为0，却发现灯泡不亮，原因是：通过灯的电流过小，导致灯的实际功率过小；

(4)灯泡正常发光时电路电流约为I=0.25A；

此时滑动变阻器两端的电压U滑=U−UL=6V−2.5V=3.5V，

滑动变阻器接入电路的阻值为R滑=U滑I=3.5V0.25A=14Ω，

大于滑动变阻器“10Ω1A”的最大阻值，实验时不能选该滑动变阻器，因此应选规格为“50Ω2A”的滑动变阻器B；

(5)实验步骤：

①连接好电路，闭合开关S、S1，断开开关S2，调节滑动变阻器滑片使电压表示数为U额，此时灯泡正常发光；

②保持滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关S、S2，断开开关S1，读出电压表示数U；

③在①中，电压表测灯泡两端电压；

在②中，电压表测灯泡与定值电阻两端电压；

根据串联电路电压特点和欧姆定律可知，通过灯泡的电流：

I=IR0=UR0R0=U−U额R0，

灯泡额定功率：P=U额I=U额×U−U额R“探究小灯泡的电功率”的实验电路如图甲所示，实验中选择“2.5V”规格的小灯泡，实验中得到的U—I图像如图乙。下列说法不正确的是(

)

A.调节滑片过程发现灯泡亮度变化，这是由灯泡的实际功率变化引起的

B.小灯泡的额定功率为0.75W，正常发光时电阻为8.3Ω

C.实验中发现小灯泡无法调到额定电压，一定是因为电源电压过小

D.用图甲的电路，通过更换灯泡L的方法，能完成探究“电功率与电流的关系”【答案】C

【解析】解：A、调节滑片，变阻器连入电路的阻值发生变化，这样灯泡两端电压和电流都会发生变化，由P=UI知，其实际功率发生变化，所以灯泡亮度会发生改变，故A正确；

B、由图像知，灯泡电压等于额定电压2.5V时，通过灯泡的电流为0.3A，

所以灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；

由欧姆定律I=UR，可得灯泡正常发光时电阻：R=UI=2.5V0.3A≈8.3Ω，故B正确；

C、实验中，移动滑片调节灯泡两端电压，但都无法使灯泡两端电压调到额定电压2.5V，可能是电源电压低于灯泡的额定电压的原因；也可能是电源电压过大，而变阻器的最大电阻过小，当变阻器的最大电阻连入电路中时，灯的电压也高于2.5V，故C错误；考点二小灯泡亮度的比较将规格分别为“6V6W”和“6V3W”的甲、乙两只小灯泡串联后接到电压为6V的电源上，两灯均发光，忽略灯丝电阻的变化，则下列说法中正确的是(

)A.甲灯两端电压较大 B.通过乙灯的电流较大

C.甲灯较亮 D.乙灯较亮【答案】D

【解析】由灯泡的铭牌可知，两灯泡的额定电压相等，甲的额定功率大于乙的额定功率，

由P=U2R可知，甲灯泡的电阻较小，乙灯泡的电阻较大，

两灯泡串联后接到6V的电源上时，串联电路中各处的电流相等，所以通过两灯电流相等，故B错误；

由U=IR可知，乙灯两端电压大，故A错误；

小灯泡的亮暗程度是由灯泡的实际功率决定的，由P=I2分层提分分层提分题组A基础过关练1.在“测量小灯泡的额定功率”的实验中，所用的实验器材有：稳压电源、滑动变阻器、小灯泡、电流表、电压表、开关各一个，导线若干。某同学电路连接正确，闭合开关，小灯泡发光，但无论怎样调节滑动变阻器的滑片，电压表示数都达不到灯泡的额定电压值，其原因可能是(

)A.小灯泡处断路 B.电源电压太低

C.电压表量程选大了 D.滑动变阻器总电阻太大【答案】B

【解析】A、如果小灯泡处断路，则灯泡不会发光，故A不符合题意；

B、如果电源电压太低，即使变阻器阻值最小，也有可能达不到灯泡的额定电压，故B符合题意；

C、电压表量程的大小，不会影响灯泡两端的电压，故C不符合题意；

D、变阻器是可以调节的，而且最小可调节至阻值为零，此时灯泡两端电压等于电源电压，故D不符合题意。

2.在“测定小灯泡的额定功率”的实验中，某同学电路连接正确，闭合开关，灯泡发光，但测试中无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数都达不到灯泡的额定电压值，其原因可能是(

)A.变阻器总电阻太大B.电压表量程太大了C.电源电压太低 D.灯泡灯丝断开【答案】C

【解析】解：A、变阻器是可以调节的，而且最小可调节至阻值为零，此时灯泡两端电压等于电源电压，因此该选项不合题意。

B、电压表量程的大小，不会影响灯泡两端的电压，不合题意；

C、如果电源电压太低，即使变阻器阻值最小，也有可能达不到灯泡的额定电压，符合题意；

D、如果灯泡灯丝断开，则灯泡不会发光，故D不符合题意。3.小明同学在测定额定电压为“3.8V”的小灯泡的额定功率时，发现电压表“0~15W”量程坏了，而“0~3V”量程完好，实验所用其他器材完好，所用的电源电压恒为6V，在不更换实验器材的情况下，同学们帮助小明同学设计如图所示的四种实验电路图，则能完成实验的电路图是(

)A. B.

C. D.【答案】B

【解析】A.电压表测的是电源电压，不合题意；

B.测的是滑动变阻器电压，符合题意；

C.电压表与灯泡串联，电路断路不合题意；

D.电压表测的是灯泡电压，灯泡的额定电压超过电压表的量程，无法测量，不合题意。4.归纳总结是学习物理的常用方法。利用如图所示的电路可完成四个经典的电学实验：a、探究电流与电压的关系；b、探究电流与电阻的关系；c、伏安法测定值电阻的阻值：d、伏安法测小灯泡电功率。小坤进行了以下总结，其中正确的是(

)A.a实验中可用小灯泡替代定值电阻

B.b实验中滑动变阻器的作用是控制定值电阻两端的电压不变

C.c实验中滑动变阻器的作用是为了方便多次测量寻找普遍规律

D.d实验中把定值电阻换成小灯泡，测小灯泡的实际功率应该移动滑片多次测量求出电功率并计算平均值【答案】B

【解析】解：A、探究电流与电压的关系，要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化，实验中不能用小灯泡替代定值电阻，A错误；

B、探究电流与电阻的关系，要控制电阻的电压不变，b实验中滑动变阻器的作用是控制定值电阻两端的电压不变，B正确；

C、伏安法测定值电阻的阻值实验中，滑动变阻器的作用是改变电阻的电压和电流，多次测量取平均值减小误差，C错误；

D、伏安法测小灯泡电功率实验中，移动滑片多次测量是为了得出灯在不同电压下的功率，研究灯的亮度与灯的实际功率的关系，D错误。

题组B能力提升练5.小晴同学做“测量额定电压为2.5V灯泡的额定功率”的实验中。

(1)请完成如图1所示实验电路的连接，请将电压表接入电路。

(2)实验原理是：______。

(3)在开关闭合前，图1中滑动变阻器的滑片应置于______端(选填“左”或“右”)。

(4)小晴同学调节滑动变阻器使电压表的示数如图2所示，此时电流表的示数如图3所示，读出电流表示数为______A，则小灯泡的额定功率为______W。【答案】P=UI右

0.5

1.25

【解析】解：(1)小灯泡额定电压为2.5V，故电压表应选小量程，将电压表并联在灯泡两端，如下图所示：

；

(2)在测小灯泡的额定功率的实验中，用电压表测灯泡两端的电压，用电流表测通过灯泡的电流，利用P=UI求出灯泡的功率，故本实验的实验原理是P=UI；

(3)为了保护电路，在开关闭合前，图1中滑动变阻器的滑片应置于阻值最大处，即最右端；

(4)小晴同学调节滑动变阻器使电压表的示数如图2所示，电压表选用小量程，分度值0.1V，其示数为2.5V，此时电流表的示数如图3所示，电流表选用小量程，分度值0.02A，其示数为0.5A，小灯泡额定功率为：P=UI=2.5V×0.5A=1.25W。

故答案为：(1)见解答图；(2)P=UI；(3)右；(4)0.5；1.25。

6.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，产生这一故障的原因可能是：______；

(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______V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______(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U—I图象，根据图象的信息可以计算出小灯泡的额定电功率为______W；

(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：

①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，此时小灯泡正常发光；

②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=______。【答案】滑动变阻器同时接下面两个接线柱

2.2

A

0.5

I额【解析】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：①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0-3V，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I_U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

P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；

(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题组C培优拔尖练7.某同学为了测量额定电压为2.5 V的小灯泡L在不同电压下的电功率，连接了如图甲所示的电路。(1)闭合开关前，滑动变阻器的滑片应放置在_____端；(选填“左”或“右”)(2)闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，结果发现小灯泡不发光，电流表指针不动，但电压表有明显的示数。则电路故障可能是小灯泡_________；(选填“短路”或“断路”)(3)排除故障后，该同学闭合开关S，调滑动变阻器的滑片，测量了小灯泡在不同电压下的电流值，并根据实验数据绘制出小灯泡的I—U图像如图乙所示，由图像可得，小灯泡的额定功率P_______W；(4)如图乙所示，小灯泡的电流随电压变化的图像不是一条直线，由此可推断出小灯泡的电阻是_________的。(选填“不变”或“变化”)【答案】(1)右

(2)断路

(3)0.75

(4)变化

【解析】(1)为了保护电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片必须位于阻值最大处，故滑片需要位于最右端。

(2)发现小灯泡不发光，电流表指针不动，说明可能存在断路，但电压表有明显的示数，说明电压表所在的电路是通的，那么只能是电压表所测的灯泡断路。

(3)从图乙可知，小灯泡的额定电压为2.5 V，当电压为2.5 V时，电流的大小为0