专题22　电能实验探究（原卷版）

第3章能量的转化与守恒

专题22电能实验探究

类型一电功率的测量......................................................................................................................................3

【训练1测量小灯泡电功率的常规实验】............................................................................................3

【训练2测量小灯泡电功率的变式实验】..............................................................................................6

类型二探究焦耳定律....................................................................................................................................13

【方法归纳】

1.测量小灯泡的电功率

用电流表和电压表测小灯泡的电功率的方法与测电阻的方法相同，都叫做伏安法。

原理：P＝UI。电路图如图：

选择和连接实物时须注意：

①电源电压高于灯泡的额定电压；②滑动变阻器接入电路时要调到最大值。根据能否调到灯泡的额定

电压选择滑动变阻器。③根据额定电压选择电压表量程；根据I额＝P额/U额或I额＝U额/R选择量程。

2.特殊方法测量额定功率

思路：“巧用开关”，要测量小灯泡的额定功率，必须添加滑动变阻器，且当改变电表测量对象时，

需要控制电路中电流为其额定电流不变，这就要用到多个开关或单刀双掷开关，具体设计如下。

主要器材设计电路主要步骤表达式

①断开S1、闭合S2，移动滑片，

使电压表示数等于灯泡额定电

U额（U－U额）

压U额；P＝

额R0

②保持滑片位置不变，闭合S、

单表＋定值电阻1

断开S，记下电压表示数U

＋两开关＋滑动2

①闭合S、断开S，移动滑片，

变阻器12

U额

使电流表示数等于；U额

R0

P额＝U额I－

(R0)

②保持滑片位置不变，断开S1、

闭合S2，记下电流表示数I

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①将S拨到2，移动滑片，使电

压表示数等于灯泡的额定电压

U额（U－U额）

U额；P＝

额R0

②保持滑片位置不变，将S拨

单表＋定值电阻

到1，记下电压表示数U

＋单刀双掷开关

①将S拨到1，移动滑片，使电

＋滑动变阻器

U额

流表示数为；②保持滑片位U额

R0

P额＝U额I－

(R0)

置不变，将S拨到2，记下电流

表示数I

闭合开关S，移动滑片，使电压

额

表V1的示数等于灯泡的额定电UU

P额＝0

压U额，同时记下电压表V2的示R

两表＋定值电阻数U

＋滑动变阻器闭合开关S，移动滑片，使电流

U额

表A的示数等于，同时记下P额＝U额I0

1R0

电流表A2的示数I0

特别提醒：1)在测量小灯泡电功率的实验中，多次测量的目的：为了研究小灯泡亮度(或电功率)与小

灯泡两端电压的关系。

2)在测量小灯泡电阻的实验中，多次测量的目的：为了研究小灯泡的电阻是否与温度有关。

3)在测量定值电阻的实验中，多次测量的目的是为了求平均值，以减小测量误差。

3.电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关

（1）注意点：实验方法(转换法、控制变量法)

被加热的材料选用煤油或空气(利用其比热容小，效果明显且安全)

选择加热物质的要求(质量相同、初温相同)

转换法的应用(通过温度计的示数或U形管液面高度的变化反映产生电热的多少)

（2）控制变量法的应用

探究电热与通电电流大小的关系，控制电阻丝阻值和通电时间相同，改变通过两电阻丝的电流大小.

（电路设计：将阻值相同的电阻丝并联在电路中）

探究电热与电阻的关系，控制通过电阻丝的电流和通电时间相同，选择两个电阻不同的电阻丝.（电路

设计：将阻值不同的电阻丝串联在电路中）

探究电热与通电时间的关系，控制电阻丝的阻值和通电电阻丝的阻值相同，改变通电时间的长短.

（3）实验结论：导体产生的电热与电流、电阻和通电时间有关；①在电阻和通电时间相同的情况下，

通过电阻的电流越大，产生的热量越多；②在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多；

③在电阻和通过电阻的电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。

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【常考题型】

类型一电功率的测量

【训练1测量小灯泡电功率的常规实验】

【方法归纳】判断

1.在“测量小灯泡的电功率”的实验中，要测定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，在实验操作过程中，

手和眼的分工应该是(B)

A．手移动滑动变阻器的滑片，眼看电流表示数

B．手移动滑动变阻器的滑片，眼看电压表示数

C．手移动滑动变阻器的滑片，眼看小灯泡亮度

D．手按开关，眼看电流表示数和小灯泡发光情况

2.如果用如图所示的电路来测量电阻R1的电功率，则图中甲是______表，乙是______表。

3.用如图所示的器材测定小灯泡电功率。

(1)小强依照电路图(如图甲)、选择了合适的电表量程连接元件，但尚未连接完整。用笔画线代替导线将

图乙中的元件连接完整。

(2)闭合开关前，必须将滑动变阻器的滑片P移到_____(填“a”或“b”)端。实验时，移动滑动变阻器的滑

片P，改变小灯泡两端的______，从而控制小灯泡的实际功率。

(3)小强观察到小灯泡的额定电压为2.5V，闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片P，当电压表的示数为

2.5V时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________W。

(4)继续向a端移动滑动变阻器的滑片P，这时小灯泡的实际功率会________(填“变大”或“变小”)。

4.在“测量小灯泡的电功率”的实验中，电路图如图甲所示，电源电压为3V，小灯泡的额定电压为2.5

V。

(1)根据图甲，用笔画线代替导线，把图乙的实物图连接完整。

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(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片移到________(填“A”或“B”)端。

(3)小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，电流表的读数为________A，小灯泡的额定功率为

________W。

(4)考虑到电压表的实际电阻对电路的影响，这样测出的小灯泡的额定功率相比真实的额定功率

__________(填“偏大”“不变”或“偏小”)。

5．用图甲电路测量小灯泡电功率，电源电压恒为3V，小灯泡的额定电流为0.2A，额定电压小于3V。

(1)连接电路时，开关应处于________状态。

(2)请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。

(3)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______(填

序号)。

A．更换小灯泡

B．检查电路是否断路

C．移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光

(4)问题解决后，某时刻电流表示数如图乙所示，示数为______A。要测量小灯泡的额定功率，应将滑片

P向______(填“左”或“右”)端移动，使电流表示数为0.2A。

(5)移动滑片P，记录多组数据，绘制成I-U图象。根据图丙所给信息，计算出小灯泡的额定功率是______W；

进一步分析图丙可知，实验过程中小灯泡的电阻发生变化，电阻变化的主要原因是

______________________。

(6)对实验现象进一步分析可知：小灯泡的实际功率越大，小灯泡亮度越大。但某同学发现：标有“220

V8.5W”的LED灯与标有“220V60W”的普通白炽灯都正常发光时，亮度几乎相当。请分析造成这一现

象的原因可能是______(填序号)。

A．两灯的实际功率相同

B．相同时间内，电流通过两灯做功不同

C．两灯将电能转化为光能的效率不同

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【训练2测量小灯泡电功率的变式实验】

【方法归纳】小。

1.在“测量小灯泡额定功率”的实验中，小灯泡的额定电压为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，要求：滑动变阻器的滑片P向A端移动时，

电流表示数变大，连线不得交叉。

(2)正确连接电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，出现该状况的原因

是()

A．电流表内部断路了B．灯座内部出现了短路C．灯泡的灯丝断了

(3)排除故障后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数为2.5V，此时电流表的示数如

图乙所示，其读数为________A，小灯泡的额定功率为________W。

(4)该实验装置不能完成的实验是()

A．探究串联电路中的电流规律B．探究串联电路中的电压规律C．探究电流与电压的关系

(5)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，

同学们设计了如图丙所示的电路，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)

2.在测量额定电压为2.5V小灯泡额定功率的实验中，电源电压恒定不变。

(1)请用笔画线代替导线，将图甲中电路连接完整，要求实验时向右移动滑片P小灯泡亮度变暗。

(2)实验过程中，某小组的同学将所测得相关数据和现象记录如表：

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①小灯泡的额定功率为________W。

②表格中有一处设计不合理，请指出不合理的设计是____________________；

③分析表中数据还发现灯丝电阻跟________有关。

(3)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乙所示的电路(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)。

3.小明用如图甲所示电路来测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率(部分实验器材的规格已在图中标

明)：

(1)连接电路时，开关应________。

(2)实验中，小明发现无论怎样调节滑动变阻器，两电表指针始终处于图乙所示位置，可能是小灯泡出

现了________(填“短路”或“断路”)故障。

(3)故障排除后，小明移动滑动变阻器的滑片，记录电表的数据，得到小灯泡U-I图象如图丙所示，则

小灯泡的额定功率是________W。

(4)实验中电压表意外损坏，小明决定用阻值较大的定值电阻(阻值为R0)和两个电流表，按如图丁所示

电路完成实验。现测得电流表A1和电流表A2的示数分别为I1和I2，可求得小灯泡的实际功率为________。

4.某小灯泡的额定电流为0.3A，图甲是小明测量该灯泡功率的实验电路。

(1)请用笔画线代替导线，将滑动变阻器连入电路，使之接入电路的阻值最大。

(2)闭合开关进行实验时，若图中导线M发生了断路，则在调节滑片的过程中，会发现电压表的示数为

________V、电流表的示数为________A。

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(3)小明将滑片移至某处时，两电表的示数如图乙所示，小灯泡的功率为________W。

(4)为测量该小灯泡的额定功率，小强设计了图丙所示实验电路，所用电源电压恒定，R1、R2均为电阻

箱(0～999.9Ω)。实验步骤如下：

第1步：仅闭合S1，R2调至5Ω时，电流表的示数为0.3A。

第2步：仅闭合S2，R1、R2分别调至6Ω和9Ω时，电流表的示数为0.3A。

则小灯泡正常发光时的电阻为________Ω，额定功率为________W。

5．测量小灯泡电功率。

(1)小明在测量额定电压为2.5V小灯泡L1电功率时，选择了电压恒定的电源、滑动变阻器、电压表和

电流表等器材，设计了如图甲所示的电路。

①图甲中有一根导线尚未连接，请你用笔画线代替导线将电路补充完整。

正确连接电路后，闭合开关前应将滑动变阻器的滑片滑至最______(填“左”或“右”)端。闭合开关后，发

现电流表和电压表的指针均不发生偏转，则电路出现的故障可能是滑动变阻器_______。

②排除故障闭合开关，适当调节滑动变阻器的滑片，电压表的示数如图乙所示，为了测量小灯泡的额

定功率，应使滑动变阻器连入电路的阻值________(填“变大”或“变小”)。小灯泡正常发光时，电流表的示数

如图丙所示为______A，小灯泡的额定功率为______W。

③继续调节滑动变阻器的滑片，多次实验，小明发现灯的电阻是随功率变化的，当小灯泡的电阻为8Ω

时，小灯泡的实际功率________(填“大于”“小于”或“等于”)额定功率。

(2)小明设计了如图丁所示的电路，用一个电压表或电流表，测量额定电压为U额的小灯泡L2额定功率，

已知定值电阻的阻值为R0、电源电压未知。请你完成下面的步骤。

①将____________________(填“电压表并联在ab间”“电流表串联在a点”或“电流表串联在b点”)，只闭

合开关S和S1，调节滑动变阻器的滑片使电表的示数为______，灯泡正常发光；

②只闭合开关S和S2，变阻器滑片位置_______________(填“保持不动”“向右移动”或“向左移动”)，读

出电表的示数U或者I；

③小灯泡L2的额定功率表达式为P额＝__________。

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6．兴趣小组在“测量小灯泡电功率”的实验中，有电流表、电压表各一个，开关、导线若干，电源的电

压恒为6V，小灯泡L1的额定电压为3.8V，正常发光时电阻约为10Ω，滑动变阻器有规格为“10Ω1.5

A”的R1和规格为“20Ω1A”的R2。

(1)为了完成实验，选择滑动变阻器R1等器材，进行如图甲所示的电路连接，请用笔画线代替导线，将

电路连接完整，并指出连接电路时的错误之处：________________。

(2)实验时，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表无示数。用导线连接电流表两端，灯泡发光，则

故障原因是电流表________。

(3)更换新的电流表，完成测量后，小华将小灯泡L1更换为额定电压2.5V，正常发光时阻值约为8Ω

的L2。为了测量它的额定电功率，需用滑动变阻器R2替换电路中的R1，其目的是____________________。

(4)小明认为不用电流表，同样能测量出灯泡L2的额定功率，设计了图乙所示的电路，请你帮他补全实

验步骤：

①将滑动变阻器______调到最大阻值且保持不变，闭合开关S，将S1拨向触点______，调节另一滑动

变阻器的阻值，使电压表的示数为U额。

②再将开关S1拨向另一触点，读出电压表示数为U，滑动变阻器的最大阻值分别为R1、R2。则灯泡L2

的额定功率表达式为P额＝__________。

类型二探究焦耳定律

【方法归纳】判断电热

1．如图是探究电流通过导体产生的热量与________关系的实验装置。实验中用U形管内液面的________

反映导体产生热量的多少，通电一段时间后，容器________(填“甲”或“乙”)内电阻丝产生的热量较多。

2．如图所示，串联的两电阻丝(R1＜R2)，封闭在两个完全相同的烧瓶中，并通过短玻璃管与相同的气

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球相连。闭合开关，通过两电阻丝的电流________(填“相等”或“不相等”)，一段时间后，密闭烧瓶内的空气

被加热，观察到______(填“A”或“B”)气球先鼓起来。

3.探究“通电导体产生的热量Q与电阻R的关系”，他们选用了以下实验器材：两个完全相同的烧瓶，

烧瓶内分别装有质量和初温相同的水和煤油，相同的温度计A和B、阻值分别为R1、R2