電功率測量方法集錦

李 強

中考物理試題要體現(xiàn)穩(wěn)中求變,穩(wěn)中求新,穩(wěn)中求改的精神。物理實驗的考查往往能給學生提供更多的展現(xiàn)思維過程和分析問題、表述問題、解決問題的空間,是物理考試的重頭戲之一。“測定小燈泡的電功率”的實驗又是物理實驗中的重點之一,是電學知識的綜合,是實際操作與原理敘述的綜合,如沒有實際操作或對實驗不熟悉,想做好相關題目的分析與問答幾乎是不可能的。因此,對這個實驗的復習要做到原理明了,步驟清晰,分析到位。

測量電功率實驗題,主要是考查實驗器材的選取、實驗電路的設計、實驗現(xiàn)象的分析和實驗數據的處理幾方面內容。既會考查用電壓表、電流表測小燈泡的電功率,用電能表測家用電器電功率的常規(guī)測量,也會考查缺器材(缺電流表或電壓表)測用電器電功率的非常規(guī)測量。

一、常規(guī)測量

(一)伏安法測量小燈泡的電功率

內容解讀:

(1)實驗依據是P=UI,測出小燈泡的電壓和電流,可以得出小燈泡的功率。

(2)實驗電路圖如圖1所示,圖中小燈泡的額定電壓為U。

(3)主要實驗步驟:①調節(jié)滑動變阻器,改變小燈泡兩端的電壓,使電壓表示數U等于、略高于或略低于燈泡的額定電壓,讀出相應的電流表示數I;②利用公式P=UI計算出小燈泡電功率。

(4)實驗中應注意的問題:①連接實物電路時,要注意電路中的開關始終要斷開,電流表和電壓表的正負接線柱不能接錯,滑動變阻器的滑片應放在最大阻值處;②“伏安法測電阻”可以采用多次測量求平均值的方法來減小誤差,而“伏安法測電功率”則不必多次測量求平均值。

中考鏈接:

(2008?江西)小宜同學做“測小燈泡的額定功率”實驗時,已知小燈泡的額定電壓是3.8 V,其中電源是三節(jié)新的干電池,燈絲電阻大約10 Ω,滑動變阻器上標有“10 Ω 1 A”的字樣。

(1)如圖2所示的是小宜同學連接不完整的實驗電路,請你用筆畫線代替導線幫他將圖中未連接部分連接好。要求:電壓表、電流表選擇合適的量程,滑動變阻器的滑片向右移動使連入電路的阻值減小。

(2)當小宜同學閉合電路的開關后,電路中可能出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象。

第一種:小燈泡較暗,滑動變阻器滑片移動時不能改變小燈泡的明亮程度,可能在連接電路時把滑動變阻器的_________(選填“AB”或“CD”)兩端點連入了電路中。

第二種:小燈泡不亮,電流表示數為零,電壓表示數為4.5V,可能小燈泡處______(選填“短路”或“斷路”)。

(3)小宜同學在實驗中為了能得到比較準確的小燈泡的額定功率,改變接入電路的滑動變阻器的阻值,分別得到三組數據,如下表:

老師認為小宜同學通過三次測量得到三組數據,算出三個電功率值,再求平均值得到額定功率的數據處理方法有誤,為什么?

(4)你認為正確測量結果P=___________W。

思路點撥 伏安法測小燈泡的電功率實驗是電學中最重要的實驗之一。本題主要考查學生的基本操作、對電路故障的分析和實驗數據的處理能力。

(1)實物連接如圖3所示。

(2)可能把AB兩端點連入電路中,斷路。

(3)因為額定功率是用電器中額定電壓下的功率,當滑動變阻器阻值變化時燈兩端的電壓也變化,此時燈泡的電功率不是額定功率,因此不能用多次測量求平均值的方法求額定功率。

(4)1.52。

(二)電能表測算家用電器電功率

內容解讀:

(1)實驗依據是P=,測算出用電器在t時間消耗的電能,可以得出小燈泡的功率。

(2)主要實驗步驟:①觀察電能表,記下它1 kW?h時的轉數N;②測量時首先關閉(屬于該電能表的)其他的用電器,只啟動待測用電器;③用秒表或手表記下電能表轉n轉所用的時間t;④計算出電流做的功W= kW?h;⑤利用公式P=算出所測用電器的功率。

(3)實驗中應注意的問題:①在用電能表測用電器的功率時,除待測用電器外,其他用電器必須全部關閉;②在利用轉數求消耗的電能時,計算能力較差的同學,容易出錯。

中考鏈接:

(2006?鹽城)小明家的電能表如圖4所示,家中用電器的總功率不能超過_________W。當小明家只有一盞電燈工作時,3 min內轉盤正好轉過5圈,則該燈泡消耗的電能是_________J,它的電功率為_________W。

思路點撥 “利用家用電能表測算家用電器電功率”是近年來中考的一個熱點,本題除考查電能表面板數據的意義外,主要考查電功率的測量。

家中用電器的總功率不能超過P=UI=220 V×5 A=1 100 W。轉盤轉過5轉,電燈消耗的電能為W= kW?h=0.002 kW?h=7 200 J,電功率為P===40 W。

二、非常規(guī)測量

(一)只用一只表測量小燈泡的額定功率

1. 只用電流表測量小燈泡的額定功率

內容解讀:

(1)實驗依據是P=UI,測出小燈泡的額定電流,可以得出小燈泡的額定功率。

(2)實驗電路圖如圖5所示。圖中小燈泡的額定電壓為U,R為一定值電阻。

(3)主要實驗步驟:①S擲向接線柱1,調節(jié)滑動變阻器,使電流表的示數為;②保持滑動變阻器滑片不動,S擲向接線柱2,讀出電流表示數I;③計算出燈泡的額定電流I=I-;④利用公式P=UI算出小燈泡的額定功率。

(4)實驗中應注意的問題:S一定要先擲向接線柱1,再擲向接線柱2,定值電阻和燈泡的位置不能交換,否則無法使燈泡在額定電壓下工作。

2. 只用電壓表測量小燈泡的額定功率

內容解讀:

(1)實驗依據是P=UI,測出小燈泡的額定電流,可以得出小燈泡的額定功率。

(2)實驗電路圖如圖6所示。圖中小燈泡的額定電壓為U,R為一定值電阻。

(3)主要實驗步驟:①S擲向接線柱2,調節(jié)滑動變阻器,使電壓表的示數為U;②保持滑動變阻器滑片不動,S擲向接線柱1,讀出電壓表示數U;③計算出小燈泡的額定電流I=;④利用公式P=UI計算出小燈泡的額定功率。

(4)實驗中應注意的問題:S一定要先擲向接線柱2,再擲向接線柱1,定值電阻和燈泡的位置不能交換,否則無法保證燈泡在額定電壓下工作。

中考鏈接:

(2003?重慶)在一次測定小燈泡額定功率的實驗中,老師給出了下列器材:額定電壓為U的小燈泡、電源(電壓未知)、一個阻值為R的電阻、一個滑動變阻器、一個電流表、一個單刀雙擲開關和若干導線。實驗時不能忽略燈絲的電阻隨溫度而發(fā)生的變化。

(1)小張同學設計的實驗電路圖如圖7所示,請你根據電路圖用筆畫線連接未完成的實物連線。

(2)寫出用以上實驗電路測定小燈泡額定功率的主要步驟和需要測量的物理量(物理量用字母表示):

_____________________________________________

________________________________________________。

(3)本實驗中,小燈泡額定功率的表達式P=_______。

(4)若在給出的器材中只將其中的“一個電流表”改為“一個電壓表”,請你重新設計一個實驗電路圖,測量小燈泡的額定功率(將實驗電路圖畫在下面的方框內,不需要說明實驗步驟)。

思路點撥 本題是一道典型的考查缺器材(缺電流表或電壓表)測量小燈泡額定功率的實驗題,主要考查學生的實驗設計能力。

(1)實物連接如圖8所示。

(2)①計算當R兩端的電壓為U時,通過它的電流為;②S擲向接線柱1,調節(jié)滑動變阻器,使電流表的示數為,此時電流表測量的是R的電流;③保持滑動變阻器滑片不動,S擲向接線柱2,讀出電流表示數I,此時通過L的電流為I-。

(3)P=UI-

(4)如圖9所示。

(二)等效替代法測量小燈泡的額定功率

1. 電流表和電阻箱測量小燈泡的額定功率

內容解讀:

(1)實驗依據是P=,測出小燈泡的阻值R,可以得出小燈泡的額定功率。

(2)實驗電路圖如圖10所示。圖中小燈泡的額定電壓為U,R′為電阻箱。

(3)主要實驗步驟:①閉合S,斷開S,移動滑片記下電流表的示數I;②閉合S,斷開S,保持滑片不動,調節(jié)電阻箱使電流表的示數仍為I,記下電阻箱示數R′,它等于小燈泡的阻值R;③利用公式P=計算出小燈泡的額定功率。

(4)實驗中應注意的問題:應先閉合S,后閉合S,才能保證電阻箱的阻值等于小燈泡的阻值。

2. 電壓表和電阻箱測量小燈泡的額定功率

內容解讀:

(1)實驗依據是P=,測出小燈泡的阻值R,可以得出小燈泡的額定功率。

(1)實驗電路圖如圖11所示。圖中小燈泡的額定電壓為U,R′為電阻箱。

(2)主要實驗步驟:①閉合S、斷開S,移動滑片記下電壓表的示數U;②閉合S、斷開S,保持滑片不動,調節(jié)電阻箱使電壓表的示數仍為U,記下電阻箱示數R′,它等于小燈泡的阻值R;③利用公式P=計算出小燈泡的額定功率。

(3)實驗中應注意的問題:先閉合S,后閉合S,才能保證電阻箱的阻值等于小燈泡的阻值。

中考鏈接:

(2005?重慶)利用如圖12所示的電路,測定一個電熱器R(R的阻值未知,額定電壓已知為U)的額定功率P,圖中R為滑動變阻器,R′為電阻箱,圖中所有儀器都能保證實驗正常進行。開始實驗前,三個開關S、S、S均處于斷開狀態(tài)。

(1)開關S閉合之前,滑動變阻器R的滑片P應位于變阻器的_________端。(選填“左”或“右”)

(2)根據公式P=UI,王強同學設計了如下的實驗步驟:

A. 閉合開關S。

B. 閉合開關S,調節(jié)電阻箱R′的旋盤,當電流表示數與電阻箱示數的乘積等于U時,停止R′的調節(jié)。

C. 斷開開關S,閉合開關S,記下此時電流表的示數I,即可得P=UI。

實際上,王強同學設計的實驗步驟是錯誤的。他的錯誤是____________________________________________。

(3)請你將正確實驗所必需的步驟,按合理的順序寫在后面的橫線上:

A. 閉合開關S。

B. 先閉合開關S,____________________________。

C. _________________________________________。

D. 用你測得的量和已知量表示額定功率P=_____。

思路點撥 本題是一道用“等效替代法測量小燈泡額定功率”的實驗題,以王強同學對“等效替代法”沒有真正理解和熟練掌握的情況下,實施的錯誤實驗步驟為背景。要求考生不僅要發(fā)現(xiàn)錯誤所在,還要能設計實驗方案,重新編排合理的實驗步驟,并能控制實驗條件,這對考生綜合能力要求較高。

(1)滑片P應位于變阻器的左端。

(2)當再斷開S,閉合S后,R兩端電壓不能保證仍然是U。

(3)B. 移動滑動變阻器的滑片P,當電流表的示數為某一較為合適的值I時,停止移動滑片,并記下I的值。C. 保持滑動變阻器滑片P的位置不變,斷開開關S,閉合開關S,調節(jié)電阻箱R′,當電流表的示數再次為I時,記下電阻箱的示數R;由于在兩次測量中,保證了電阻箱兩端電壓與R兩端電壓相等,故電阻箱的示數R等于電熱器的阻值R。 D. P0=U0I0=。