測(cè)量 “小燈泡額定電功率” 問(wèn)題方法淺析
2015-09-10 07:22:44姜忠年
考試周刊 2015年84期
姜忠年
摘 要： 測(cè)量“小燈泡額定電功率”的實(shí)驗(yàn)是初中電學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)，課本上主要介紹的是利伏安法測(cè)量小燈泡的額定電功率。隨著電學(xué)知識(shí)的融合出現(xiàn)了一些特殊的測(cè)量小燈泡額定電功率方法。本文從特殊方法入手進(jìn)行系統(tǒng)分析，找出解決這類問(wèn)題的方法。
關(guān)鍵詞： 額定電功率 伏安法 伏阻法 安阻法
測(cè)量“小燈泡額定電功率”是初中電學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)，此實(shí)驗(yàn)中考察的知識(shí)點(diǎn)有：電路的連接，電表量程的選擇，電路的設(shè)計(jì)，以及電路計(jì)算。課本上主要介紹的是“伏安法”測(cè)量小燈泡的額定電功率。隨著電學(xué)知識(shí)的融合出現(xiàn)了一些特殊的測(cè)量小燈泡額定電功率方法。這要求教師在教學(xué)過(guò)程中注重對(duì)學(xué)生的學(xué)法進(jìn)行指導(dǎo)，全方位拓展學(xué)生思維，有效地解決實(shí)際問(wèn)題。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：在測(cè)量“小燈泡額定電功率”實(shí)驗(yàn)中，可以找尋出處理這類問(wèn)題的一般方法，學(xué)生也能很好理解，非常有效。下面以三個(gè)典型的問(wèn)題為例，談?wù)勎以谔幚磉@類問(wèn)題時(shí)的做法，供大家學(xué)習(xí)和參考。
例1：（2014蘇州）在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖a所示，圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V“字樣。
圖a 圖b
第（1）題答案
（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)物電路連接完整。
（2）開始實(shí)驗(yàn)后，當(dāng)變阻器滑片滑到圖示位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.0V，接著應(yīng)將滑片向？搖？搖 ？搖？搖滑動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖b所示，則燈泡的額定功率為？搖？搖 ？搖？搖W。
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表?yè)p壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，于是向老師要了一個(gè)R的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)（符號(hào)為），借助原有實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)，假如由你來(lái)做實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。
①在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟。（用相應(yīng)的字母表示測(cè)出得出物理量）
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P=？搖？搖 ？搖？搖。（用已知量和測(cè)量量表示）
分析：（1）按要求進(jìn)行電路連接是初中電學(xué)的基本考點(diǎn)；①伏安法測(cè)量小燈泡電功率的電路圖；②電表量程的選擇；③滑動(dòng)變阻器的連接。
（2）①電路動(dòng)態(tài)分析：在此電路中，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)連在電路中電阻的變大，電流減小，電壓表示數(shù)減小，燈泡變暗；反之正好相反。②當(dāng)U=Ue時(shí)P=Pe；當(dāng)U
解：（1）電壓表應(yīng)選0～15V的量程，滑動(dòng)變阻器接上接線，電路圖如上圖所示。
（2）由電路圖可知，應(yīng)向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，燈泡兩端的電壓變大，當(dāng)電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V時(shí)，燈泡正常發(fā)光，燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W。
（3）方法一：（電路圖如圖所示）
方法二：（電路圖如圖所示）
實(shí)驗(yàn)步驟：①按圖連接電路，閉合S，S接2，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片到最左端，讀出電壓表示數(shù)為U（電源電壓）。
②S接1，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片的位置，使電壓表示數(shù)為3.8V。
③保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，S接2，電壓表示數(shù)為U1。
數(shù)據(jù)處理：求出滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻；
通過(guò)燈泡的電流是Ie=；小燈泡的額定功率。
例2：（2015蘇州模擬）在“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V。
（1）電路連接好后，閉合開關(guān)后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動(dòng)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是？搖 ？搖？搖？搖。
甲 乙 丙
（2）排除故障后，在將滑動(dòng)變阻器的滑片從一端緩慢移到另一端的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)U與滑片移動(dòng)距離x的關(guān)系如圖乙所示，電壓調(diào)節(jié)非常不方便，這是由于選用了？搖？搖 ？搖？搖（選填“A”或“B”）滑動(dòng)變阻器?？晒┻x用的滑動(dòng)變阻器
A：滑動(dòng)變阻器A（阻值范圍0-500′Ω，滑片行程10cm）。
B：滑動(dòng)變阻器B（阻值范圍0-50′Ω，滑片行程10cm）。
（3）換用了另一個(gè)滑動(dòng)變阻器并接通電路后，移動(dòng)滑片位置，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，其讀數(shù)為？搖？搖 ？搖？搖A。
（4）實(shí)驗(yàn)中剛剛測(cè)完上述（3）中的一個(gè)數(shù)據(jù)，電流表突然損壞了。他們找到了一個(gè)阻值為10′Ω的定值電阻和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)（符號(hào)為（—/二）），借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，重新進(jìn)行了測(cè)量。假如由你來(lái)做實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。
①在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。
②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟。
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P=？搖？搖 ？搖？搖。（用已知量和測(cè)量量表示）
分析：（1）串聯(lián)電路的常見故障，一般是斷路和短路，主要先看電路中的電流大小，電流為0，就是斷路；再看電壓表是否有示數(shù)，就可以確定斷點(diǎn)的位置。
（2）根據(jù)圖像，我們發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)了一段較長(zhǎng)的距離，電路中電流仍然較小，加在小燈泡兩端的電壓較低，說(shuō)明此時(shí)電路電阻較大，滑動(dòng)變阻器量程太大的緣故。
（3）電表讀數(shù)是初中生的基本技能。首先要明確量程，進(jìn)而明確分度值，讀數(shù)即可。
⑷在沒有電流表的情況下，主要的思想方法是伏阻法。同學(xué)絕大多數(shù)使用例題1的方法一，沒有仔細(xì)分析，小燈泡要正常發(fā)光，加在其兩端的電壓是3.8V，此時(shí)的電流是0.5A，小燈泡的電阻是7.8′Ω，由于電源電壓是6V，要小燈泡正常工作電路的總電阻是12′Ω，此時(shí)提供給我們的定值電阻R>12′Ω-7.8′Ω=4.2′Ω，所以采用方法一是不可行的，只能采用方法二。
解：（1）小燈泡斷路；（2）A；（3）0.5A；（4）①實(shí)驗(yàn)電路圖。
②實(shí)驗(yàn)步驟：第一步：根據(jù)電路圖，閉合開關(guān)S，S接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V；
第二步：保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S接2，讀出電壓表示數(shù)U。
③數(shù)據(jù)處理：求出滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻R=
通過(guò)燈泡的電流是Ie=；小燈泡的額定功率Pe=。
通過(guò)對(duì)以上兩個(gè)例題的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)和在處理沒有電流表、只有電壓表和定值電阻的配合測(cè)量小燈泡額定電功率的一般方法：（1）電源電壓是否已知；如果未知優(yōu)先采用方法一，表達(dá)比較簡(jiǎn)單點(diǎn)；（2）電源電壓已知，先嘗試一下方法一，注意檢驗(yàn)在滑動(dòng)變阻器接入電路電阻為0時(shí)，能否使小燈泡正常工作，如果能如果不能就采用方法二。
例3（2013揚(yáng)州）在測(cè)“3.8V”小燈泡額定電功率實(shí)驗(yàn)中，由于沒有電壓表，提供已知阻值的電阻R，下列也能測(cè)出該燈泡額定功率的是（？搖 ？搖）
A B C D
分析：安阻法：電流表和定值電阻配合可以當(dāng)做電壓表使用。首先，要能夠保證小燈泡正常發(fā)光，要加在電壓表兩端的電壓是3.8V，只能是電流表和定值電阻串聯(lián)后再與小燈泡并聯(lián)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電流表的讀數(shù)為I=3.8V/R，然后再不改變滑動(dòng)變阻器電阻情況下（不改變電路連接，使電壓分配沒有變化）使電流表測(cè)量出總電流I，這樣通過(guò)小燈泡的電流是I=I-3.8V/R，這樣就可以算出Pe=3.8V（I—3.8V/R）。所以只能選C。
以上列舉的三個(gè)問(wèn)題都是初中電學(xué)中比較難的問(wèn)題，教師在中考復(fù)習(xí)的過(guò)程中要注重基礎(chǔ)知識(shí)，但是又要合理整合進(jìn)行系統(tǒng)梳理，做成學(xué)案和學(xué)生一起思考、一起歸納，最終實(shí)現(xiàn)有效提升，這樣才能提高學(xué)生處理問(wèn)題的能力。
