專題11伏安法和特殊方法測量小燈泡的電功率（原卷版）

專題11伏安法和特殊方法測量小燈泡的電功率考點考點透視測量小燈泡的電功率是初中電學的一個重要實驗，是電功率一章的最后一節(jié)內(nèi)容，是前面內(nèi)容的一個升華，知識性綜合性，是各省市中考中最?？嫉碾妼W實驗。伏安法測電功率主要考查電路的連接、電路故障、電流表的讀數(shù)及電功率的計算，特殊方法測電功率側(cè)重考查電路的設計、實驗步驟及表達式的書寫等。迷津點撥與點迷津點撥與點對點講一、伏安法測量小燈泡的電功率：1.實驗原理：P=UI。2.電路的設計：用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，用電流表測出通過小燈泡的電流，為了多次測量，還需要滑動變阻器，還要用到組成電路必備的元件：電源、開關、導線，所以電路圖如下：3.實驗過程和記錄表格：連接電路，移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)分別等于小燈泡的額定電壓、實際電壓為額定電壓的1.2倍、實際電壓為額定電壓的0.8倍，并記下電壓表和電流表的示數(shù)，觀察小燈泡的亮度，將數(shù)據(jù)和觀察到的燈泡的亮暗情況填入下表：U/VI/AP/W小燈泡的亮度1234.實驗結(jié)論：（1）當U實=U額時，P實=P額，用電器正常工作；當U實〉U額時，P實〉P額，用電器容易燒壞；當U實<U額時，P實<P額，用電器不能正常工作。（2）不同電壓下，小燈泡的功率不同，實際電壓越大，小燈泡功率越大。（3）小燈泡的亮度是由小燈泡的實際功率決定的，實際功率越大，小燈泡越亮。例題1、（2021山西中考真題）“圓夢”學習小組在“測量小燈泡的電功率”實驗中，小燈泡額定電壓為2.5V

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整（導線不得交叉，其他接法合理即可）。（2）正確連接電路后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表指針不動。但用手按住開關，發(fā)現(xiàn)電流表指針擺動，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是______。（3）排除故障后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片，當小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是______W。（4）小組的同學在實驗中又測出了幾組數(shù)據(jù)，請你幫他們設計一個實驗記錄表。【答案】（1）見解析（1）開關接觸不良（3）0.7（4）表格見解析?！窘馕觥浚?）伏安法測小燈泡的功率實驗中，滑動變阻器應“一上一下”接入電路，故連線如下圖所示：；（2）閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表指針不動，說明電路存在斷路的情況，其中用手按住開關后接通，說明可能是開關閉合時接觸不良。（3）電流表選小量程，分度值為0.02A，電流表的示數(shù)為0.28A，則小燈泡的額定功率是P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；（4）根據(jù)需要，需記錄小燈泡兩端的電壓、通過小燈泡的電流，計算小燈泡的電功率，并觀察燈泡的亮暗情況，所以設計的實驗表格如下：實驗次數(shù)電壓U/V電流I/A電功率P/W燈泡發(fā)光情況【點撥】（1）隨著小燈泡兩端電壓的升高，小燈泡的電阻會越來越大，所以小燈泡的I—U圖像是一條曲線，原因是：溫度對小燈泡的電阻有影響。（2）本實驗中多次測量的目的是為了測量不同電壓下小燈泡的實際功率，不是為了多次測量求平均值，所以設計的表格中沒有“平均功率”這一欄。（3）在開始進行實驗時，小的票可能不亮，可能的原因之一是滑動變阻器連入電路中的阻值太大，小燈泡的實際功率太小，不足以使小燈泡發(fā)光。（4）小燈泡兩端的電壓無法達到調(diào)到額定電壓的原因：電源電壓過低或滑動變阻器的阻值太小。對點練：（2021山東煙臺）為了測量小燈泡的電功率及觀察小燈泡的亮度變化情況，某小組選用了一只額定電壓為3.8V的小燈泡，他們準備進行三次測量，加在小燈泡兩端的電壓分別為3.8V、4.5V和3V，連接的實物電路圖如圖所示。（1）開始實驗后，閉合開關，向左移動滑動變阻器的滑片時，發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度______（選填“變亮”、“變暗”或“不變”），電流表的示數(shù)_______，電壓表的示數(shù)______（后兩個空均選填“變大”、“變小”或“不變”）；（2）小組成員根據(jù)觀察到的現(xiàn)象檢查發(fā)現(xiàn)有一根導線連接錯誤，請在錯誤的導線上畫“×”，用筆畫線代替導線畫出正確的連線；（3）正確連接電路后開始實驗，實驗所測數(shù)據(jù)如下表所示，則小燈泡的額定功率為______W；電壓表示數(shù)（V）電流表示數(shù)（A）小燈泡的實際功率（W）小燈泡的發(fā)光情況3.80.40正常發(fā)光4.50.421.89校亮3.00.381.14較暗（4）根據(jù)上表的實驗數(shù)據(jù)以及小燈泡的發(fā)光情況，你有什么發(fā)現(xiàn)?_______。二、特殊方法測小燈泡的電功率——缺少電流表（伏阻法）只有電壓表時，無法直接測出電流，因此想辦法測電流是實驗的關鍵。為了測電流，往往是構造串聯(lián)電路，使通過小燈泡的電流與通過定值電阻的電流相等，間接測出電流。電路設計實驗步驟表達式已知U額、R0（1）閉合S、S1，移動滑片，使電壓表示數(shù)為U額；（2）斷開S1，閉合S2，保持滑片位置不變，讀出電壓表的示數(shù)U1。已知I額、R0（1）閉合S、S1，移動滑片，使電壓表的讀數(shù)I額R0；（2）斷開S1，閉合S2，保持滑片位置不變，讀出電壓表示數(shù)U1。已知U額、R0（1）閉合S，調(diào)節(jié)R2的滑片到最左端，調(diào)節(jié)R1的阻值使電壓表的示數(shù)為U額；（2）保持R1的位置不變，將R2的滑片調(diào)到最右端，讀出電壓表的示數(shù)U。例題2（2021山東德州節(jié)選）在“測量小燈泡額定功率”的實驗中，另一組的小芳在進行實驗時發(fā)現(xiàn)電流表已損壞無法使用，老師給她一個已知阻值為R0的定值電阻，同學們設計了如圖所示的電路，并正確測出小燈泡的額定功率，已知電源電壓不變，實驗步驟如下：①閉合開關S，S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P使電壓表讀數(shù)為小燈泡額定電壓U額；②閉合開關S，斷開S1，再閉合S2，保持滑動變阻器滑片P位置不動，讀出此時電壓表的示數(shù)為U；③小燈泡額定功率的表達式P額=______。（用U額、U、R0表示）【答案】?！窘馕觥坎襟E①中閉合開關S，S1，斷開S2，小燈泡、滑動變阻器、定值電阻R0串聯(lián)，電壓表測小燈泡兩端電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P使電壓表讀數(shù)為小燈泡額定電壓U額，此時小燈泡正常發(fā)光；步驟②中閉合開關S，斷開S1，再閉合S2，小燈泡、滑動變阻器、定值電阻R0串聯(lián)，電壓表測小燈泡與定值電阻R0兩端電壓，保持滑動變阻器滑片P位置不動，讀出此時電壓表的示數(shù)為U。此時小燈泡依然正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)分壓可得到定值電阻R0兩端電壓U0=UU額此時電路電流就小燈泡正常發(fā)光時的電流，則小燈泡的額定功率。【點撥】由于題目中只給出了電壓表，所以應設法測量出小燈泡正常工作時的電流，而定值電阻的阻值己知，若能測量出它兩端的電壓，就能求出它的電流，這時如果小燈泡和定值電阻串聯(lián)，則小燈泡的電流就是定值電阻的電流。因此我們設計構造串聯(lián)電路，間接測小燈泡正常發(fā)光時的電流，便可以測量小燈泡的額定功率。對點練：（2021遼寧鞍山節(jié)選）在“測量小燈泡電功率”的實驗后，某同學設計了如圖所示的電路來測定額定電壓為3V的小燈泡的額定功率。已知電源電壓為9V，定值電阻R的阻值為10Ω。請幫助他完成以下實驗步驟：

①開關S、S1閉合，S2斷開，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為______V時，小燈泡正常發(fā)光；②保持滑片位置不動，開關S、S2閉合，S1斷開，此時電壓表的示數(shù)為4V；再將滑動變阻器的滑片移至最________（填“左”或“右”）端，此時電壓表的示數(shù)為7V。③小燈泡的額定功率P額＝________W。三、特殊方法測小燈泡的電功率——缺少電壓表（安阻法）只有電流表時，無法直接測出電壓，因此想辦法測電壓是實驗的關鍵。為了測電壓，往往是構造并聯(lián)電路，使小燈泡兩端的電壓與定值電阻的電壓相等，間接測出電壓。電路設計實驗步驟表達式已知U額（1）閉合S、S1，移動滑片，使電流表的示數(shù)為；（2）斷開S2，閉合S1，讀出電流表的示數(shù)I1。已知I額、R0（1）閉合S、S2，移動滑片，使電壓表的讀數(shù)I額；（2）斷開S2，閉合S1，保持滑片位置不變，讀出電流表示數(shù)I1。已知I額（1）只閉合S1，移動滑片，使電流表示數(shù)為I額；（2）斷開S1，閉合S2，保持滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱，當電流表示數(shù)為I額時，讀出電阻箱連入電路中的電阻R。已知I額、U（1）只閉合S1，移動滑片，使電流表示數(shù)為I額；（2）保持滑片P位置不變，再閉合S2，讀出電流表示數(shù)I。例題3（2021四川眉山節(jié)選）為測量額定電壓為U0的小燈泡額定功率，物理科代表設計了圖所示的電路（R0為已知的定值電阻，R為滑動變阻器）。（1）斷開開關S1，閉合開關S2，移動滑動變阻器滑片P，當電流表示數(shù)為_______時，小燈泡恰好正常發(fā)光；（2）保持滑動變阻器滑片P位置不變，閉合開關S1，斷開開關S2，記下電流表示數(shù)為I；（3）推導出小燈泡L的額定功率表達式P額＝_______（用物理量U0、R0和I表示）?！敬鸢浮?。【解析】斷開開關S1，閉合開關S2，移動滑動變阻器滑片P，定值電阻和燈泡并聯(lián)，此時電流表測量定值電阻的電流，為了測量小燈泡的額定電壓，故可以用電流表的示數(shù)和定值電阻組合成電壓表，為了測量額定功率，故需要燈泡為額定電壓，故此時的電流為，故此時的電流為；保持滑動變阻器滑片P位置不變，閉合開關S1，斷開開關S2，記下電流表示數(shù)為I，此時燈泡和定值電阻仍然并聯(lián)，電流表測干路電流，那么通過燈泡的額定電流為，故小燈泡的額定功率為?！军c撥】由于題目中只給出了電流表，所以應設法測量出小燈泡的額定電壓，而定值電阻的阻值己知，若能測量出通過它的電流，就能求出它兩端的電壓，這時如果小燈泡和定值電阻并聯(lián)，則小燈泡的兩端的電壓就等于定值電阻兩端的電壓。因此我們設計構造并聯(lián)電路，間接測小燈泡兩端的電壓，便可以測量小燈泡的額定功率。對點練：（2021廣西玉林節(jié)選）在“測量一個小燈泡電功率”的實驗中，若實驗室電壓表損壞，某同學用一個已知阻值為R0的定值電阻代替電壓表，并設計了如圖所示電路，在電源電壓保持不變情況下，也正確地測出了一個額定電流為I額的小燈泡的額定功率，其實驗步驟如下：（1）閉合S2，斷開S1，移動滑動變阻器R的滑片至最左端，記下電流表的示數(shù)為I1；（2）閉合S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器R的滑片使小燈泡正常發(fā)光，電流表示數(shù)為I額；（3）保持滑動變阻器R的滑片不動，閉合S1，斷開S2，記下電流表的示數(shù)為I2；（4）小燈泡額定功率的表達式為P額=___________（用I額、I1、I2和R0等符號表示）四、等效法測電功率通過構造電路，使燈泡電阻與電阻箱或滑動變阻器的電阻相等，求出電阻箱或滑動變阻器的電阻，間接求出小燈泡的電阻，然后用公式P=I額2RL或計算小燈泡的額定電功率。例題4（2021內(nèi)蒙古通遼）在“測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻”實驗中，另一組的同學設計了圖所示的實驗電路，測出了小燈泡的額定功率，電源電壓未知但恒定不變，R1和R2為滑動變阻器，R2的最大阻值為R0，請你將實驗步驟補充完整。①只閉合開關S、S1調(diào)節(jié)R2，使電壓表的示數(shù)為U額；②只閉合開關S、S2，________，使電壓表示數(shù)仍為U額；③接著將R2的滑片P調(diào)至最左端，記下電壓表的示數(shù)U1，再將R2的滑片P調(diào)至最右端，記下電壓表的示數(shù)U2，則小燈泡額定功率表達式P額＝______（用U額、R0、U1、U2表示）。【答案】調(diào)節(jié)R1。【解析】①閉合S、S1，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R2，使燈泡兩端電壓為額定電壓U額，燈正常光；②保持變阻器R2的滑片位置不動，只閉合R1所在支路，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R1使R1兩端電壓為小燈泡的額定電壓，根據(jù)等效法，此時滑動變阻器R1使連入電路中的電阻大小等于燈正常發(fā)光時的電阻大小，即R1=RL；③為求出此時滑動變阻器R1使連入電路中的電阻，將R2的滑片P調(diào)至最左端，R2連入電路中的電阻為0，電壓表的示數(shù)為U1即為電源電壓；再將R2的滑片P調(diào)至最右端，此時兩變阻器串聯(lián)，電壓表的示數(shù)為U2，即為R1的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律有，解得，小燈泡額定功率的表達式?！军c撥】本題中，之所以能用R1代替RL，就是因為當R2滑片不動時，小燈泡和R1分別與R2串聯(lián)，當電壓表示數(shù)相等時，小燈泡的阻值和R1的阻值相等，即為等效。在等效法中，常常使小燈泡正常發(fā)光，利用滑動變阻器或電阻箱間接測出小燈泡的電阻，但是效果一定要相等，效果相等常常表現(xiàn)在電流表或電壓表示數(shù)相同，然后利用P額=I額2RL或計算出額定電功率。對點練：（2021江蘇泰州）小華利用電源（電壓恒定且未知）、電流表、電阻箱（0999.9Ω）、銘牌不清楚的滑動變阻器、開關、單刀雙擲開關各一個及導線若干，設計了如圖所示電路，測出了額定電流為I額的小燈泡的額定功率請你幫助小華補全實驗方案：①閉合開關S1，將開關S2撥至1，調(diào)節(jié)電阻箱R1，使______，讀出此時電阻箱接入電路中的阻值為R；②仍閉合開關S1，將開關S2撥至2，只調(diào)節(jié)R2，使電流表示數(shù)為I額；③在步驟②的基礎上，將R1阻值調(diào)為0，R2的滑片______（填滑動變阻器滑片的位置變化情況），并讀出電流表示數(shù)為I；④則小燈泡額定功率的表達式為：P=______（用已知量和所測物理量的符號表示）；⑤實驗后小華發(fā)現(xiàn)，電路中只需將______和______互換位置，可以更簡單地測出小燈泡的額定功率。點對點提高訓練1、（2021山東威海）小紅和小明進行“測量小燈泡的額定功率”的實驗，實驗室提供的器材有：不同規(guī)格的小燈泡和滑動變阻器、1.5V的干電池（若干）和其他常用器材。（1）圖甲是小紅進行實驗的實物電路圖，小燈泡額定電壓為3.8V，滑動變阻器的規(guī)格為“10Ω1A”，請用筆畫線代替導線，將圖中的電路連接完整，使閉合開關時滑動變阻器連入電路的阻值最大。（2）連接好電路之后，閉合開關，移動滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，小紅猜想可能的原因：①小燈泡的燈絲斷了；②小燈泡短路；③滑動變阻器斷路。她再觀察，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為零，由此可判斷猜想______是錯誤的；又進一步觀察到電壓表有示數(shù)，最終確定猜想______是正確的。（兩空均選填“①”“②”或“③”）（3）排除故障后，小紅移動滑片，使電壓表的示數(shù)達到小燈泡的額定電壓，此時電流表的指針如圖乙所示，小燈泡的額定功率為______W。（4）小明用小紅的實驗電路接著測量規(guī)格為“2.5V0.3A”小燈泡的額定功率。閉合開關，保證小燈泡發(fā)光的情況下，無論如何移動滑片，電壓表示數(shù)始終高于2.5V，為此必須對實驗器材進行調(diào)整，下列措施可行的是：______、______。（填字母代號）A．換最大阻值較小的滑動變阻器B．串聯(lián)定值電阻C．減少電池個數(shù)D．增加電池個數(shù)2、（2021湖北黃岡）在測量小燈泡電功率的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V。（1）圖甲是某小組連接的電路，其中有一根多余的導線，導致電路連接錯誤，請在這根導線上打“×”；（2）拆除多余的導線后，正確操作，當小燈泡正常發(fā)光時，電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是______W；（3）圖丙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制的通過小燈泡的電流I與其兩端電壓U的關系圖像，分析圖像可知，當小燈泡兩端的電壓為1.5V時，小燈泡的電阻為______Ω；當小燈泡兩端電壓升高時，其電阻的變化情況是______（選填正確選項前的字母）。A．保持不變B．逐漸減小C．逐漸增大3、（2020遼寧營口節(jié)選）小輝同學準備測小燈泡的額定功率，檢查實驗器材時，發(fā)現(xiàn)缺少電壓表，滑動變阻器均標有“20Ω2A”字樣，小燈泡的額定電流是0.25A，于是他利用現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖所示的電路圖。請你幫助小輝完成實驗：①閉合開關S1，開關S2接b，R2阻值調(diào)到最大處，R1阻值調(diào)到0，此時電流表的示數(shù)為0.3A；②將R1阻值調(diào)到最大，閉合開關S1，開關S2接a，______，小燈泡正常發(fā)光；③保持R1接入電路的阻值不變，閉合開關S1，開關S2接b，R2滑片仍在阻值最大處，此時電流表的示數(shù)為0.2A，則小燈泡額定功率P額=______W。4、(2021黑龍江齊齊哈爾)小君同學想測量額定電壓為U額的小燈泡的額定功率，但發(fā)現(xiàn)電流表已經(jīng)損壞，于是他又找來了兩個開關和一個阻值為R0的定值電阻，利用電源、符合實驗要求的滑動變阻器、電壓表、開關和導線，設計了如圖所示的電路。已知電源電壓恒為U（U>U額），請你完成下面的實驗步驟：

（1）閉合開關S、S1，斷開開關S（2）閉合開關______，斷開開關______（填寫S、S1、S2），保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電壓表示數(shù)為U1；

（3）小燈泡額定功率的表達式為P額=______。5、（2021江蘇建鄴二模節(jié)選）小明利用實驗室提供的器材：學生電源、三個定值電阻（R1=5Ω、R2=15Ω、R3=25Ω）、標有“20Ω1A”的滑動變阻器R4和最大阻值為999Ω的電阻箱R5等。小華利用R4、R5及R1、R2、R3中的某一個定值電阻，設計圖所示的電路測出了小燈泡L的額定功率。已知小燈泡的額定電壓為U額，電阻約為8Ω。①閉合開關S、S1，調(diào)節(jié)電阻箱R5的示數(shù)為0，調(diào)節(jié)滑動變阻器R4的滑片P，使電壓表示數(shù)為U額；②閉合開關S、S2，保持___________不變，調(diào)節(jié)___________，使電壓表示數(shù)為U額，讀出此時電阻箱R5的示數(shù)為R′；③根據(jù)以上測量可知：圖中選用定值電阻為___________（選填“R1”、“R2”或“R3”）；小燈泡L的額定功率P額=___________（用字母表示）。6、（2020四川雅安）小明在“探究小燈泡在不同電壓下工作時的電功率”的實驗時，實驗室提供了如下器材：電源（電壓恒為8V），一個電流表，一個電壓表，滑動變阻器“20Ω2A”，小燈泡（額定電壓2.5V，額定功率小于1.2W），一個阻值已知的定值電阻R0，開關及導線若干。（1）請根據(jù)圖甲所示的電路圖，用筆畫線代替導線，完成實驗電路圖乙的連接（要求：滑動變阻器的滑片P向右滑動時燈變亮；連線不能交叉）；（2）正確連接電路后，閉合開關進行實驗，記錄的數(shù)據(jù)如下表所示。當電壓表示數(shù)為2.5V時，電流表示數(shù)如圖丙所示，小燈泡的額定功率為_____W；實驗次數(shù)物理量12345電壓/V1.01.52.02.53.0電流/A0.240.320.380.44電功率/W（3）分析表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：小燈泡工作時，消耗的電功率隨電壓的增大而____（選填“增大”“不變”或“減小”），小燈泡的實際功率由______（選填“額定功率”“額定電壓”或“實際電壓”）決定。（4）完成實驗后，利用上述器材，小明又想出一種測量小燈泡額定功率的方法，設計了如圖丁所示的電路，所用電壓表量程為“015V”，請將以下實驗步驟補充完整。①檢查電路無誤后，閉合開關S，將開關S1撥至“1”，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片直至電壓表示數(shù)為______V；②滑動變阻器滑片不動，再將開關S1，撥至“2”讀出電壓表示數(shù)為U0；③小燈泡的額定功率P額=______（用U額、U0、R0表示）。若步驟②中，在將開關S1撥至“2”時，不小心將滑片向右移動了少許，其他操作正確，則測出的小燈泡額定功率比真實值_____（選填“偏大”或“偏小”）。7、（2021江西省)【實驗名稱】測量小燈泡的電功率

【實驗器材】額定電壓為2.5V的小燈泡（電阻約10Ω）、電壓為6V的電源、電流表、電壓表、滑動變阻器（50Ω5A）、開關、導線若干。

【實驗步驟】

（1）用筆畫線代替導線將圖甲中的電路連接完整（要求：滑動變器連入電路時阻值最大）；

（2）電路連接時開關應______。小明同學檢查電路無誤后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮但電流表和電壓表均有較小的示數(shù)，接下來他應該______；

（3）小明同學進行實驗得到