資源簡介

第13講 電學專題（模塊3 電功率的相關(guān)計算）
【回歸教材】
知識清單
考點1 電能　電功
1.電能
單位:國際單位 ,常用單位 ,1度= kW·h= J。
2.電能表的認識和使用
(1)作用:測量電路 。
(2)參數(shù)的意義:
220 V:額定電壓為220 V。
10(20) A:標定電流為 A,額定最大電流為 A。
600 revs/(kW·h):每消耗 的電能,電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)600圈。
2500 imp/(kW·h):每消耗 的電能,電能表指示燈閃2500次。
(3)測量方法:①電能表結(jié)束和起始時電能表上計數(shù)器的示數(shù) 即為這段時間內(nèi)用電的度數(shù);
②較小的電能可利用轉(zhuǎn)盤圈數(shù)計量,消耗的電能為W= (n為某段時間內(nèi)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)的圈數(shù),N為表上參數(shù))。
3.電功
(1)定義:電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程,也可以說是電流 的過程。
(2)通過用電器的電流做功的多少等于用電器消耗的電能。
(3)計算公式:W=Pt= (普遍適用)。
(4)推導公式:根據(jù)歐姆定律I=和電功公式W=UIt可推導出W=t=I2Rt(純電阻電路適用)。
考點公關(guān)
例題1 小明家電能表如圖所示,與此電能表相連的用電器已經(jīng)消耗了 kW·h的電能。小明在用電高峰期,關(guān)閉其他用電器,只把額定電壓為220 V,額定功率為1210 W的電烤箱接入電路中(電阻恒定不變),發(fā)現(xiàn)36 s內(nèi)電能表表盤轉(zhuǎn)了30轉(zhuǎn),這段時間電烤箱消耗的電能為 J,用電高峰期的實際電壓為 V。
思路點撥
(1)電能表是用來測量消耗電能多少的儀表,在讀數(shù)時注意最后一位是小數(shù)位;
(2)從電能表的銘牌上可以看出每消耗1 kW·h的電能,電能表的表盤轉(zhuǎn)動3000轉(zhuǎn),可求轉(zhuǎn)動30轉(zhuǎn)消耗的電能,根據(jù)公式P=可求電烤箱的實際功率;已知電烤箱額定電壓和額定功率,利用R=可以得到其阻值;已知實際功率和阻值,利用U=得到實際電壓。
【答案】1.焦耳　千瓦·時　1　3.6×106
2.(1)消耗的電能
(2)10　20　1 kW·h　1 kW·h
(3)之差　 kW·h
3.(1)做功
(3)UIt
例題1　1020　3.6×104　200
考點2 電功率
1.電功率
(1)定義:物理學中把電流所做的功與所用時間之比叫作功率。
(2)意義:描述電流做功的 。
(3)公式: 。
(4)推導式:根據(jù)電功公式W=UIt,可推導出P= ,根據(jù)歐姆定律可推導出P== (純電阻電路適用)。
(5)常見用電器電功率估測:
家用空調(diào)的電功率約為1000 W;
電吹風機的電功率約為500 W;
洗衣機的電功率約為300 W;
臺式計算機的電功率約為200 W;
液晶電視機的電功率約為100 W;
日光燈的電功率約為40 W。
2.額定電壓和額定功率
(1)額定電壓:用電器 時的電壓。
(2)額定功率:用電器在 下工作時的電功率。
(3)銘牌:燈泡“PZ 220 V　40 W”指燈泡的 為220 V, 為40 W。
3.實際電壓和實際功率
(1)實際電壓:用電器 時的電壓。
(2)實際功率:用電器在 下工作時的電功率。
(3)實際功率與額定功率對比:
電壓關(guān)系 功率關(guān)系 燈泡亮度
U實>U額 P實① P額 最亮
U實=U額 P實② P額 亮
U實(4)小燈泡的發(fā)光亮度由 決定。
考點公關(guān)
例題2 將“220 V　60 W”的燈泡L1和“220 V　40 W”的燈泡L2串聯(lián)在220 V的電源上,組成閉合電路(設(shè)燈絲電阻不變),則下列說法正確的是 ( )
A.燈泡L1和燈泡L2均正常發(fā)光
B.燈泡L1比燈泡L2亮
C.兩燈泡的總功率小于40 W
D.兩燈泡的實際功率都變?yōu)槠漕~定功率的一半
【答案】1.(2)快慢
(3)P=
(4)UI　I2R
2.(1)正常工作
(2)額定電壓
(3)額定電壓　額定功率
3.(1)實際工作
(2)實際電壓
(3)①>　②=　③<
(4)實際功率
例題2　C
考點3 焦耳定律
1.焦耳定律
(1)內(nèi)容:電流通過導體產(chǎn)生的熱量跟 成正比,跟 成正比,跟 成正比。
(2)公式:Q=I2Rt(普遍適用)。
(3)導出公式:Q=W=Pt=UIt=t(純電阻電路適用)。
2.電熱的利用和防止
(1)利用:電暖器、電烙鐵、電熱毯、電熱水壺、電飯鍋、養(yǎng)雞場的電熱孵化器等。
(2)防止:有孔的電視機后蓋、電腦的微型風扇等。
考點公關(guān)
例題3 如圖所示的實驗裝置,可以用來探究通電時間相同時,電流通過導體產(chǎn)生的熱量與
的關(guān)系,若通過R1的電流是1 A,10 s內(nèi)電流通過電阻R2產(chǎn)生的熱量是 J。
思路點撥
　　電流產(chǎn)生的熱量跟電流、電阻、通電時間有關(guān),由控制變量法分析實驗的探究目的;電流產(chǎn)生的熱量直接運用焦耳定律公式Q=I2Rt計算或比較。
【答案】1.(1)電流的二次方　導體的電阻　通電時間
例題3　電流　12.5
核心突破
電功率的有關(guān)計算
例題 如圖所示,這是家用電暖器簡化后的電路原理圖,S是總開關(guān),S1、S2是擋位開關(guān)。開關(guān)S、S1、S2都閉合時,電暖器處于“高溫”擋,S、S1閉合時為“中溫”擋,S、S2閉合時為“低溫”擋。電阻R1阻值為44 Ω,R2阻值為110 Ω。求:
(1)電暖器的“低溫”擋正常工作的電流;
(2)電暖器的“中溫”擋正常工作10 min消耗的電能;
(3)電暖器的“高溫”擋正常工作時的功率。
思維破冰
多擋位用電器的相關(guān)計算中,首先要明確各擋位電路的連接情況。本題中,理清不同擋位下開關(guān)的閉合情況是解題的基礎(chǔ),然后結(jié)合歐姆定律、電功率、焦耳定律的相關(guān)公式進行計算即可。
解題思維導圖
【答案】例題　
【解】(1)由圖知,閉合S、S2時為“低溫”擋,此時電路中只有R2=110 Ω
由I=得,電暖器的“低溫”擋正常工作的電流為I2===2 A;
(2)由圖知,閉合S、S1時為“中溫”擋,此時電路中只有R1=44 Ω
電暖器的“中溫”擋正常工作的電流:
I1===5 A
由W=UIt 得,電暖器的“中溫”擋正常工作t=10 min=600 s消耗的電能:
W=UI1t=220 V×5 A×600 s=6.6×105 J;
(3)由圖知,閉合S、S1、S2時為“高溫”擋,R1、R2并聯(lián),此時干路電流為I并=I1+I2=2 A+5 A=7 A
由P=UI得,此時電暖器的功率為P高=UI并=220 V×7 A=1540 W。
變式訓練
1.某品牌家用電熱水器的簡化電路如圖所示,電熱水器有快加熱、慢加熱和保溫三個工作狀態(tài)。電熱水器內(nèi)裝有40 kg的水,慢加熱額定功率為1210 W,保溫額定功率為605 W,R1、R2均為加熱電阻(溫度對電阻的影響忽略不計)。問:[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)電熱水器把水從20 ℃加熱到70 ℃時,水吸收的熱量是多少
(2)開關(guān)S1閉合,S2接b點時,電熱水器處于慢加熱工作狀態(tài),電阻R1的阻值是多少
(3)電熱水器在快加熱工作狀態(tài)下正常工作,要產(chǎn)生2.42×106 J的熱量,需要多長時間
【答案】1.【解】(1)水需要吸收的熱量:
Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(70 ℃-20 ℃)=8.4×106 J;
(2)開關(guān)S1閉合、S2接b時,電路為R1的簡單電路,電熱水器處于慢加熱工作狀態(tài),由P=UI=可得,電阻R1的阻值:
R1===40 Ω;
(3)開關(guān)S1斷開、S2接b時,R1與R2串聯(lián),電路中電阻最大,總功率最小,電熱水器處于保溫工作狀態(tài),
此時電路的總電阻:
R串===80 Ω
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,
所以R2的阻值:
R2=R串-R1=80 Ω-40 Ω=40 Ω
開關(guān)S1閉合、S2接a時,R1與R2并聯(lián),電路中電阻最小,總功率最大,電熱水器處于快加熱工作狀態(tài),
由電阻的并聯(lián)可得:
=+,即=+
解得R并=20 Ω
則快加熱功率:
P快===2420 W
由P=可得,在快加熱工作狀態(tài)下工作所用的時間:
t快===1000 s。2.如圖所示,這是某同學制作的“能加熱的榨汁杯”及其內(nèi)部電路簡化結(jié)構(gòu)示意圖,該榨汁杯的部分參數(shù)如表所示。
額定電壓 220 V
加熱功率
保溫功率 80 W
榨汁功率 66 W
R2阻值 220 Ω
(1)求僅榨汁時的工作電流;
(2)求R1的阻值和加熱功率;
(3)給杯子盛滿果汁并加熱,果汁的質(zhì)量為0.36 kg,使其溫度升高30 ℃,加熱時間為180 s,該榨汁杯正常工作時的加熱效率為多少 [c果汁=4×103 J/(kg·℃)]
【答案】2.【解】(1)由P=UI可得,僅榨汁時的正常工作電流:
I榨汁===0.3 A;
(2)由電路圖可知,只閉合S2時,電路為R1的簡單電路,處于保溫狀態(tài),根據(jù)P=知R1的阻值:
R1===605 Ω
同時閉合S2、S3時,R1與R2并聯(lián),電路的總電阻最小,總功率最大,處于加熱狀態(tài),R2的電功率:
P2===220 W
加熱功率為P加熱=P保溫+P2=80 W+220 W=300 W;
(3)果汁吸收的熱量:Q吸=c果汁mΔt=4×103 J/(kg·℃)×0.36 kg×30 ℃=4.32×104 J
榨汁杯消耗的電能:
W=P加熱t(yī)=300 W×180 s=5.4×104 J,
榨汁杯正常工作時的加熱效率:
η=×100%=×100%=80%。
【實驗探究】
圍繞課標——課標重點實驗
實驗導航
實驗一:測量小燈泡的電功率
實驗原理 P=
實驗電路 電路圖　 實物電路
滑動變阻 器的作用 (1)保護電路。 (2)改變小燈泡兩端的電壓
實驗步驟 (1)根據(jù)電路圖連接實物電路。 (2)閉合開關(guān),移動滑動變阻器的滑片,使電壓表的示數(shù)為小燈泡的額定電壓,記下對應(yīng)的電流值。 (3)再次移動滑動變阻器滑片,使小燈泡兩端的電壓略大于或略小于其額定電壓,記下電壓值以及對應(yīng)的電流值。 (4)通過P=UI計算出小燈泡的電功率
實驗結(jié)論 小燈泡的亮度隨實際功率的改變而改變。實際功率越大,小燈泡越 ,反之則越 。
【答案】UI　亮　暗
實驗?zāi)割}串考點
母題 在測量小燈泡的電功率實驗中,小明設(shè)計了如圖甲所示的電路圖。連接了如圖乙所示的實物電路。已知電源電壓恒為6 V,燈泡的額定電壓為3.8 V,滑動變阻器標有“20 Ω　1 A”字樣。
制訂計劃與進行實驗
(1)小明連接好實物電路之后,閉合開關(guān),燈泡不亮,經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)有一根導線連接錯誤。請你在圖乙中連接錯誤的導線上打“×”,并補畫出正確的連線。
分析論證
(2)排除故障后,小明想測量小燈泡的額定功率。他閉合開關(guān),發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)只有1.5 V,此時他應(yīng)向 (選填“左”或“右”)移動滑動變阻器的滑片,使電壓表示數(shù)為3.8 V;當電壓表示數(shù)為3.8 V時,電流表示數(shù)如圖丙所示,則小燈泡的額定功率為 W,此時滑動變阻器連入電路中的阻值約為 (結(jié)果保留一位小數(shù))Ω。
評估
(3)小明測量了小燈泡在不同電壓下的電功率之后 (選填“需要”或“不需要”)再求電功率的平均值。小明又計算了小燈泡在不同電壓下的電阻,發(fā)現(xiàn)在不同電壓下小燈泡的阻值不同,原因是 。
拓展設(shè)問
(4)完成上述實驗后,小明又想測量額定電壓為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(guān)和一個阻值為R0的定值電阻,設(shè)計了如圖丁所示的電路。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(guān)S、S1,斷開開關(guān)S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,使電壓表示數(shù)為 ;
②閉合開關(guān)S、S2,斷開開關(guān)S1,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= (用測量量和已知量的符號表示)。
【答案】(1)
(2)左　1.672　5.0
(3)不需要　燈絲電阻受溫度的影響
拓展設(shè)問　①U-U額　③U額×
實驗導航
實驗二:探究電流產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)
實驗 次數(shù) 電熱和電阻的關(guān)系 電熱和電流的關(guān)系
實驗 裝置
實驗 方法 兩容器中電阻絲串聯(lián)起來接到電源兩端,通過兩電阻絲的電流相同,通電一段時間后,比較兩個U形管中液面高度的變化 兩個容器中的電阻一樣大,在其中一個容器的外部,將一個電阻和這個容器內(nèi)的電阻并聯(lián),通電相同時間,觀察兩個U形管中液面高度的變化
實驗 結(jié)論 在電流相同、通電時間相同的情況下,電阻越大,這個電阻產(chǎn)生的熱量 在電阻相同、通電時間相同的情況下,通過電阻的電流越大,這個電阻產(chǎn)生的熱量
【答案】越多　越多
實驗?zāi)割}串考點
母題 用如圖所示的裝置探究“電流產(chǎn)生的熱量與什么因素有關(guān)”。
制訂計劃與進行實驗
(1)兩個密閉容器內(nèi)的電阻絲發(fā)熱的多少是通過 來反映的,這種研究方法叫作 。
(2)觀察如圖甲所示的裝置,通電一段時間后 (選填“左瓶”或“右瓶”)內(nèi)的電阻絲產(chǎn)生的熱量較多,這說明在其他條件相同時,電流產(chǎn)生的熱量與 有關(guān)。
分析論證
(3)如圖乙所示,兩密閉瓶中的電阻一樣大,在其中一個的外部并聯(lián)一個阻值大小相同的電阻,則通過兩瓶中電阻絲的電流 (選填“相同”或“不同”)。
評估
(4)讓裝置冷卻到初始狀態(tài),把乙圖中右瓶并聯(lián)的兩根電阻絲都放入瓶內(nèi),接通電源,比較兩瓶內(nèi)電阻絲發(fā)熱的多少,此時該裝置探究的是電流產(chǎn)生的熱量跟 的關(guān)系,一段時間后,電阻絲產(chǎn)生的熱量 (選填“左瓶”、“右瓶”或“一樣”)多。
【答案】(1)U形管液面的高度差　轉(zhuǎn)換法
(2)右瓶　電阻
(3)不同
(4)電阻　左瓶
【真題精粹】
考向1 探究焦耳定律(6年2考)
1.(2020·江西)1840年英國物理學家 最先精確地確定了電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時間的關(guān)系,其表達式為Q= 。
2.(2023·泰州)小華將電阻絲R1和R2(R1>R2)分別浸沒在質(zhì)量和初溫均相同的煤油中,按如圖所示接入電路,開關(guān)閉合后,通過兩電阻絲的 相等,根據(jù)溫度計示數(shù)的變化可比較電阻絲產(chǎn)生 的多少,通電一段時間,發(fā)現(xiàn)甲瓶中溫度計的示數(shù)上升 。
【答案】1.焦耳　I2Rt
【解析】精確地確定了電流通過導體產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時間的關(guān)系的是英國物理學家焦耳,其表達式為Q=I2Rt。
2.電流　熱量　多
考向2 電功率的有關(guān)計算(6年2考)
3.(2019·江西)如圖所示,將規(guī)格相同的小燈泡按照甲、乙兩種連接方式接入電壓均為U且保持不變的電路中,通過分別調(diào)節(jié)滑動變阻器R1和R2使所有燈泡均正常發(fā)光,則甲、乙兩電路中的總電流之比I1∶I2= ,電路的總功率之比P甲∶P乙= 。
4.(2023·江西)如圖所示,電源電壓恒定不變,燈L1標有“3 V　3 W”字樣,燈L2標有“3 V　6 W”字樣,閉合開關(guān)S,兩燈均正常發(fā)光。求:
(1)燈L1的電阻;
(2)電流表的示數(shù);
(3)電路消耗的總功率。
5.(2022·江西)如圖所示,已知電源電壓恒為8 V,小燈泡上標有“6 V　3 W”。
(1)求小燈泡正常發(fā)光時的電流和電阻;
(2)閉合開關(guān)S,移動滑片P,使小燈泡正常發(fā)光,求此時滑動變阻器連入電路中的電阻和電路消耗的總功率。
【答案】3.2∶1　2∶1
【解析】由題知,甲、乙兩圖中小燈泡規(guī)格相同,且兩電路中燈泡都正常發(fā)光,若燈泡正常發(fā)光時的電流為I,甲圖中兩燈并聯(lián)后與變阻器串聯(lián),所以干路電流I1=2I,乙圖中兩燈以及變阻器串聯(lián),所以電路中電流I2=I,所以I1∶I2=2I∶I=2∶1;兩電路的電源電壓相等,由P=UI可得電路的總功率之比P甲∶P乙=UI1∶UI2=I1∶I2=2∶1。
4.【解】由圖可知,兩燈并聯(lián),電流表測量干路電流,兩燈此時都正常發(fā)光。
(1)由P=可得,燈L1的電阻:
R1===3 Ω;
(2)已知并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和,由P=UI可得,干路電流:
I=I1+I2=+=+=1 A+2 A=3 A,
即電流表的示數(shù)為3 A;
(3)電路消耗的總功率:
P=P1+P2=3 W+6 W=9 W。
5.【解】(1)由P=UI可知,小燈泡正常發(fā)光時的電流:
IL=I額===0.5 A
由歐姆定律可知,小燈泡正常發(fā)光時的電阻:
RL===12 Ω;
(2)由電路圖可知,小燈泡和滑動變阻器串聯(lián),電壓表測小燈泡兩端的電壓,電流表測電路中的電流,
由歐姆定律可知,小燈泡正常發(fā)光時電路中的總電阻:
R===16 Ω
由串聯(lián)電路的電阻特點可知,此時滑動變阻器連入電路中的電阻:R滑=R-RL=16 Ω-12 Ω=4 Ω。
電路消耗的總功率:
P=UI額=8 V×0.5 A=4 W
考向3 電熱綜合計算(6年4考)
6.(2021·江西)如表1所示,這是小紅同學家的燃氣熱水器正常工作時顯示的部分參數(shù)。已知水的初溫為20 ℃,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
表1
燃氣熱水器
設(shè)定溫度 50 ℃
氣量 1.0 m3/h
水量 5.0 L/min
表2
即熱式電熱水器
額定功率 7000 W
額定電壓 220 V
額定頻率 50 Hz
(1)求燃氣熱水器正常工作10 min 流出的熱水的質(zhì)量;
(2)求燃氣熱水器正常工作10 min 流出的熱水所吸收的熱量;
(3)小紅同學觀察到學校用的是即熱式電熱水器,銘牌如表2所示。若要得到(2)問中熱水所吸收的熱量,即熱式電熱水器需正常工作16 min 40 s,則該即熱式電熱水器的加熱效率為多少
(4)請寫出使用電能的兩個優(yōu)點。
【解】(1)燃氣熱水器正常工作10 min 流出的熱水的體積:
V水=5.0 L/min×10 min=50 L=5×10-2 m3
由ρ=可得熱水的質(zhì)量:
m水=ρ水V水=1.0×103 kg/m3×5×10-2 m3=50 kg;
(2)燃氣熱水器正常工作10 min 流出的熱水所吸收的熱量:
Q吸=c水m水(t-t0)
=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(50 ℃-20 ℃)
=6.3×106 J;
(3)t=16 min 40 s=1000 s
即熱式電熱水器消耗的電能:
W=Pt=7000 W×1000 s=7×106 J
該即熱式電熱水器的加熱效率:
η=×100%=×100%=90%;
(4)污染少、效率高(任寫兩個優(yōu)點即可)。
7.(2019·江西)圖1是小姬媽媽為寶寶準備的暖奶器及其內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)示意圖和銘牌。暖奶器具有加熱、保溫雙重功能,當雙觸點開關(guān)連接觸點1和2時為關(guān)閉狀態(tài),連接觸點2和3時為保溫狀態(tài),連接觸點3和4時為加熱狀態(tài)。(溫馨提示:最適合寶寶飲用的牛奶溫度為40 ℃)
(1)求電阻R2的阻值。
(2)把400 g牛奶從20 ℃加熱到40 ℃,求牛奶所吸收的熱量。[c牛奶=4.0×103 J/(kg·℃)]
(3)暖奶器正常加熱和保溫過程中溫度隨時間變化的圖像如圖2所示,求暖奶器在加熱過程中的熱效率。(結(jié)果保留到小數(shù)點后一位)
【解】(1)由題意可知,當連接觸點2和3時,電路為R1的簡單電路,暖奶器處于保溫狀態(tài);當連接觸點3和4時,電路為R1、R2并聯(lián),暖奶器處于加熱狀態(tài)。
因電路中的總功率等于各用電器功率之和,所以,R2的電功率:
P2=P加熱-P保溫=220 W-20 W=200 W
電阻R2的阻值:R2===242 Ω;
(2)牛奶所吸收的熱量:Q吸=c牛奶mΔt=4.0×103 J/(kg·℃)×0.4 kg×(40 ℃-20 ℃)=3.2×104 J
(3)由圖2可知,0~200 s為加熱時間,消耗電能W=P加熱t(yī)=220 W×200 s=4.4×104 J
暖奶器在加熱過程中的熱效率:
η=×100%=×100%≈72.7%
考向4 電功率的測量(6年3考)
8.(2021·江西)【實驗名稱】測量小燈泡的電功率
【實驗器材】額定電壓為2.5 V的小燈泡(電阻約10 Ω)、電壓為6 V的電源、電流表、電壓表、滑動變阻器(50 Ω　5 A)、開關(guān)、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:滑動變阻器連入電路時阻值最大);
(2)電路連接時開關(guān)應(yīng) 。小明同學檢查電路無誤后,閉合開關(guān),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(yīng)該 ;
(3)小明同學進行實驗得到部分實驗數(shù)據(jù)如表,則小燈泡的額定功率為 W;當小燈泡兩端電壓為1.5 V時,小燈泡的亮度 (選填“正常”、“較暗”或“較亮”)。
實驗 次數(shù) 電壓 U/V 電流 I/A 小燈泡 亮度 電功率 P/W
1 2.5 0.30
2 1.5 0.22
3 3.0 0.32
【拓展】好學的小明同學又向老師要了一個R0=20 Ω的定值電阻,用來替換電路中的電流表。替換后的電路如圖乙所示,并設(shè)計下列方案測量小燈泡的額定功率。
Ⅰ.閉合開關(guān),移動滑動變阻器的滑片,使電壓表示數(shù)等于小燈泡的額定電壓;
Ⅱ.保持滑片位置不變,電壓表所接的b接點不動,只斷開a接點,改接到c接點上,測定值電阻R0兩端的電壓U0;
Ⅲ.計算小燈泡的額定功率。
仔細分析發(fā)現(xiàn)此方案無法測出小燈泡的額定功率,其原因是:① ;② 。
9.(2019·江西)實驗:測量小燈泡的電功率實驗中選擇小燈泡的額定電壓為2.5 V。
圖1
【實驗步驟】
(1)請你用筆畫線代替導線,把圖1中的電路連接完整(導線不準交叉),并要求滑動變阻器的滑片向左移動時,小燈泡會變亮。
(2)正確連接電路后,閉合開關(guān),電流表指針不動,但用手按住開關(guān),發(fā)現(xiàn)電流表指針擺動,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是 。
(3)查明原因,排除故障,正確操作,得到下表所示的數(shù)據(jù)。請將表中內(nèi)容補充完整:
實驗 序號 電壓 U/V 電流 I/A 電功率 P/W 燈泡亮度
1 2.0 0.28 0.56 發(fā)光暗淡
2 2.5 0.32 0.80
3 3.0 0.36 1.08 發(fā)光強烈
　由表中數(shù)據(jù)可知,該燈的額定電功率為 W。
　(4)利用上述電路,用定值電阻替換小燈泡,測量該定值電阻的阻值。請在圖2虛線方框中設(shè)計一個記錄數(shù)據(jù)的表格。
圖2
【答案】8.(1)
(2)斷開　移動滑動變阻器滑片,觀察小燈泡是否發(fā)光
(3)0.75　較暗
①燈泡兩端的電壓不能達到額定電壓
②電壓表正、負接線柱接反了
【解析】【實驗步驟】(1)燈泡的額定電流約為I==0.25 A,則電流表選用0~0.6 A量程,要使滑動變阻器連入電路的阻值最大,接線柱B必須接入電路中,用導線把電流表“0.6”接線柱與變阻器B接線柱連接即可。(2)為保護電路,電路連接時開關(guān)應(yīng)斷開;閉合開關(guān)前,滑片置于阻值最大處,閉合開關(guān)后,電流表有示數(shù),說明電路是通路,電路不存在斷路,滑動變阻器全部接入電路,電路總電阻很大,電路電流很小,燈泡實際功率很小,可能不足以讓燈泡發(fā)光,所以,下一步操作是移動滑動變阻器滑片,觀察小燈泡是否發(fā)光。(3)由表格數(shù)據(jù)可知,燈泡兩端的電壓UL=2.5 V時,通過的電流IL=0.30 A,則燈泡的額定功率PL=ULIL=2.5 V×0.30 A=0.75 W,當燈泡兩端電壓UL'=1.5 V時,通過的電流IL'=0.22 A,則燈泡的實際功率PL'=UL'IL'=1.5 V×0.22 A=0.33 W,由PL>PL'可知,當小燈泡兩端電壓為1.5 V時,小燈泡的亮度較暗。
【拓展】①燈泡正常發(fā)光時的電阻RL==≈8.3 Ω。圖乙中,當滑動變阻器接入電路中的電阻為零時,燈泡兩端的電壓最大,此時電路中的電流I大==≈0.21 A。此時燈泡兩端的電壓UL″=I大RL=0.21 A×8.3 Ω≈1.8 V<2.5 V,所以,燈泡兩端的電壓不能達到額定電壓;②保持滑片位置不變,電壓表所接的b接點不動,只斷開a接點,改接到c接點上,會造成電壓表正、負接線柱反接,不能測出定值電阻R0兩端的電壓。
9.(1)
(2)開關(guān)接觸不良
(3)正常發(fā)光　0.80
(4)
實驗次數(shù) 電流I/A 電壓U/V 電阻R/Ω 電阻的平均值R/Ω
1
2
3
【解析】(1)滑動變阻器的滑片向左移動時,小燈泡會變亮,即電流變大、電阻變小,故變阻器左下接線柱應(yīng)連入電路中;(2)正確連接電路后,閉合開關(guān),電流表指針不動,但用手按住開關(guān),發(fā)現(xiàn)電流表指針擺動,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是開關(guān)接觸不良;(3)燈在額定電壓下正常發(fā)光,由表中數(shù)據(jù)可知,燈的額定功率為0.80 W;(4)為提高測量的準確程度,要多次測量取平均值。
2

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