拓展課Ⅲ特殊方法測電功率（解析版）

拓展課Ⅲ特殊方法測電功率【知識(shí)掌握】電功率的測量分為專業(yè)的功率表測量，也可以根據(jù)電能表消耗的電能（轉(zhuǎn)過的圈數(shù)）和時(shí)間t進(jìn)行測量。測量原理：。還可以根據(jù)，通過測量電壓和電流來間接測量電功率，也是教材重點(diǎn)講述的方法。在測量電功率實(shí)驗(yàn)中，又分為測量用電器的實(shí)際功率和額定功率，測量額定功率屬于測量電功率中的一種特殊情況，也是中考常考的題型，常常出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)探究題中，作為拓展延伸內(nèi)容出現(xiàn)，屬于電學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)。電功率的表達(dá)式給出了一種測量額定功率的方法，叫伏安法。但是缺少電流表或電壓表的情況下就需要通過特殊方法來進(jìn)行測量，大致將測量方法分為伏阻法、安阻法、替代法等。在中考中，常常出現(xiàn)的是已知額定電壓的題型，所以本講只是針對額定電壓情況，對于已知額定電流情況不作討論。缺電流表設(shè)計(jì)思路：缺電壓表設(shè)計(jì)思路【鞏固提高】1．為了探究小燈泡亮度與實(shí)際功率的關(guān)系，小雨設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，已知小燈泡的額定電壓是“2.5V”，請完成下列題目。實(shí)驗(yàn)序號(hào)電壓U/V電流I/A電功率P/W燈泡的亮度10.50.160.08不亮21.50.200.3較暗32.5正常43.00.260.78很亮（1）圖甲是小雨連接的實(shí)驗(yàn)電路，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)驗(yàn)電路補(bǔ)充完整。（2）電路連接正確后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，而電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)。則可能的故障是燈泡斷路。（3）排除故障后，移動(dòng)滑片至某一位置時(shí)電壓表的示數(shù)為2.2V，為使小燈泡正常發(fā)光，應(yīng)將滑片向左（選填“左”或“右”）移動(dòng)，直到小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.6W。如表所示是小雨測量的數(shù)據(jù)表格，有同學(xué)認(rèn)為，無需測量，也能計(jì)算出小燈泡的額定功率，可以利用表格中的其中一組數(shù)據(jù)，計(jì)算出1.5V電壓下小燈泡的電阻R，再根據(jù)P=U2R計(jì)算小燈泡在2.5V下的額定功率。那么按此方案算出的小燈泡的額定功率與上一步測量的額定功率相比（4）由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：小燈泡兩端的電壓越高，實(shí)際電功率越大，燈泡越亮。（5）同學(xué)小僑又設(shè)計(jì)了一種測量額定功率的方案，如圖丙所示，R0是阻值已知的定值電阻，請你將步驟補(bǔ)充完整：①連接好電路，閉合開關(guān)S，將開關(guān)S1撥到觸點(diǎn)A（選填“A”或“B”），移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為小燈泡的額定電壓U1；②保持滑片的位置不動(dòng)，再將開關(guān)S1撥到另一觸點(diǎn)，讀出電壓表的示數(shù)U2；③用U1、U2、R0表示小燈泡的額定功率，則表達(dá)式P＝U1×U2【解答】解：（1）結(jié)合表中數(shù)據(jù)確定兩表的量程可知兩表選小量程，電流表與小燈泡串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在小燈泡兩端，正確連接如圖；（2）電路連接正確后，閉合開關(guān)，小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路可能出現(xiàn)了斷路故障，電壓表有示數(shù)，說明電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)與電源之間是接通的，所以故障為燈泡斷路；（3）電壓表的示數(shù)為2.2V低于小燈泡的額定電壓，所以應(yīng)該增大小燈泡兩端的電壓，燈泡才能正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)分壓的規(guī)律可知，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻從而減小滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，所以應(yīng)將滑片向左移動(dòng)；由圖可知，電流表選用的是小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A，小燈泡的額定功率是：P額＝U額I額＝2.5V×0.24A＝0.6W；燈的電阻隨溫度的升高而變大，用已經(jīng)測量的其中一組數(shù)據(jù)，計(jì)算出1.5V電壓下小燈泡的電阻R，小于燈在額定電壓下的電阻，再根據(jù)P=U2R（4）由實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：小燈泡的實(shí)際電壓越高，實(shí)際電流越大，實(shí)際電功率越大，燈泡越亮；（5）①連接好電路，閉合開關(guān)S，將開關(guān)S1撥到觸點(diǎn)A，移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為小燈泡的額定電壓U1；②保持滑片的位置不動(dòng)，再將開關(guān)S1撥到另一觸點(diǎn)（B），讀出電壓表的示數(shù)U2；③在①中，電壓表測燈的電壓，燈正常發(fā)光；在②中，電壓表測燈與R0的電壓，因此時(shí)各電阻的大小和電壓不變，燈仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時(shí)定值電阻的電壓：U0＝U2﹣U1；通過定值電阻的電流：I0=U0R0=U2-U1R0，即燈的額定電流，小燈泡的額定功率表達(dá)式：故答案為：（1）見解析；（2）燈泡斷路；（3）左；0.6；偏大；（4）實(shí)際電功率越大；（5）①A；③U1×U2．小虎利用如圖甲所示的電路“探究小燈泡的亮度和電功率的關(guān)系”，已知小燈泡的額定電壓為3.8V。（1）如圖甲，連接的電路有錯(cuò)誤。請你在錯(cuò)誤連線上畫“×”。并用筆畫出正確的導(dǎo)線。（2）電路正確連接后，閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表和電壓表均有示數(shù)，接下來首先進(jìn)行的操作是B。A．檢查滑動(dòng)變阻器是否斷路B．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片C．檢查小燈泡是否斷路D．檢查開關(guān)是否接觸良好（3）實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)電流表示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)小燈泡的電阻為10Ω。（4）如果該實(shí)驗(yàn)電源用干電池，至少需要4節(jié)干電池。小虎設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)表格。正確完成實(shí)驗(yàn)后，可以得出的結(jié)論是燈的實(shí)際功率越大，燈越亮。電壓/V0.8U額定U額定1.2U額定電流/A電功率/W小燈泡的亮度（5）小虎設(shè)計(jì)了A、B、C三種電路圖，試圖測量另一個(gè)小燈泡的額定功率（額定電壓已知），其中R0為10Ω的定值電阻，S為單刀雙擲開關(guān)（S可以連接“a”或“b”），則以下測量方案可行的是A、B（選填字母）?！窘獯稹拷猓海?）如圖甲，將變阻器的金屬桿連入電路上是錯(cuò)誤的，應(yīng)按一上一下連入電路中，如下所示：（2）電路正確連接后，電流表和電壓表均有示數(shù)，電路為通路，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，說明電路的電流過小，故接下來首先進(jìn)行的操作是移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，選B；（3）當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)電流表示數(shù)如圖乙所示，電流表選用小量程，分度值為0.02A，電流為0.38A，由歐姆定律可得此時(shí)小燈泡的電阻為：R=UI=（4）1節(jié)干電池電壓為1.5V，燈的額定電壓為3.8V，從實(shí)驗(yàn)表格中可知，需要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使得燈泡兩端的電壓為1.2U額定，即1.2U額定＝1.2×3.8V＝4.56V，故至少需要4節(jié)干電池。小虎設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)表格。正確完成實(shí)驗(yàn)后，可以得出的結(jié)論是燈的實(shí)際功率越大，燈越亮；（5）A、S打到a，通過移動(dòng)滑片的位置，使燈的電壓為額定電壓；保持滑片位置不動(dòng)，S打到b若該電路中沒有電流表，電壓表和定值電阻應(yīng)起到測量電流的作用，故將燈與定值電阻串聯(lián)后再與變阻器串聯(lián)；要測燈的額定功率，首先使燈正常發(fā)光，先將電壓表與燈并聯(lián)，通過移動(dòng)滑片的位置，使燈的電壓為額定電壓；保持滑片位置不動(dòng)，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電壓表測燈與定值電阻的電壓，因此時(shí)各電阻的大小和電壓不變，燈仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，可求出此時(shí)定值電阻的電壓，由歐姆定律可求出燈的額定電流，根據(jù)P＝UI可求出燈的額定功率；B、要測燈的額定功率，應(yīng)先使燈正常發(fā)光，在沒有電壓表的情況下，電流表與定值電阻R0應(yīng)起到電壓表的測量作用，故將R與電流表串聯(lián)后再與燈并聯(lián)，通過移動(dòng)變阻器的滑片使電流表示數(shù)為I1=U保持滑片位置不變，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測燈與R0并聯(lián)的總電流，因電路的連接關(guān)系沒有改變，各電阻的大小和通過的電流不變，燈仍正常發(fā)光，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律求出燈的額定電流，根據(jù)P＝UI寫出燈的額定功率的表達(dá)式，B可行；C、無論S打到a或b，無法確定燈是否正常發(fā)光，C不可行。故選A、B。故答案為：（1）如上所示；（2）B；（3）10；（4）4；燈的實(shí)際功率越大，燈越亮；（5）A、B。3．小明為了探究小燈泡的功率與電壓的關(guān)系，找來一個(gè)標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡，連接了如圖甲所示的電路圖：（1）小明同學(xué)連接的電路中，開關(guān)閉合后，電壓表示數(shù)為0V，于是他發(fā)現(xiàn)電路連接存在明顯錯(cuò)誤，請你在圖中將改動(dòng)的導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線在圖甲中畫出正確的接法；（2）改正錯(cuò)誤后，閉合開關(guān)，小明將變阻器的滑片P向右移動(dòng)，小燈泡會(huì)變亮（選填“變亮”、“變暗”或“不變”），小燈泡的亮度由實(shí)際功率來決定。（3）小明根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)商出如圖乙所示I﹣U圖像，發(fā)現(xiàn)小燈泡的電流與電壓不成（選填“成”或“不成”）正比，其原因是燈泡的燈絲電阻隨溫度的升高而增大。（4）小明在測小燈泡額定電功率時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表出現(xiàn)了故障，無法使用，于是他們又找來了一個(gè)已知阻值的定值電阻R0和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)S2，設(shè)計(jì)了如圖丙所示實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)驗(yàn)步驟如下所示：①閉合開關(guān)S1，將S2撥到1（選填“1”或“2”）上，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；②只將S2撥到另一個(gè)位置上，記錄電壓表的示數(shù)U；③小燈泡的額定功率的表達(dá)式：P＝2.5V×U-2.5VR0【解答】解：（1）由電路圖可知，燈泡和電壓表被短路了，開關(guān)閉合后，電壓表示數(shù)為0V；實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端，且燈泡與電流表串聯(lián)，改接電路如圖所示：（2）改正錯(cuò)誤后，閉合開關(guān)，將變阻器的滑片P向右移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，總電阻變小，電源電壓不變，根據(jù)歐姆定律可知電路中的電流變大，根據(jù)串聯(lián)分壓特點(diǎn)可知滑動(dòng)變阻器兩端的電壓變小，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知燈泡兩端的電壓變大，根據(jù)P＝UI可知小燈泡的實(shí)際功率變大，故小燈泡會(huì)變亮，所以小燈泡的亮度由實(shí)際功率決定的；（3）小明根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示I﹣U圖像，為一曲線，故小燈泡的電流與電壓不成正比，其原因是燈泡的燈絲電阻隨溫度的升高而增大；（4）①閉合開關(guān)S1，將S2撥到1上，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V，此時(shí)定值電阻與燈泡串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，所以燈泡正常發(fā)光；②只將S2撥到2上，記下電壓表的示數(shù)U，電壓表測量小燈泡和R0兩端總電壓U，則R0兩端電壓為U﹣2.5V，根據(jù)串聯(lián)特點(diǎn)和歐姆定律可得電路中電流I′=U-2.5V③小燈泡的額定功率的表達(dá)式：P＝U額I′＝2.5V×U-2.5V故答案為：（1）0V；如圖；（2）變亮；實(shí)際功率；（3）不成；燈泡的燈絲電阻隨溫度的升高而增大；（4）1；2.5V×U-2.5V4．小梁設(shè)計(jì)如圖電路來探究“當(dāng)通過導(dǎo)體的電流保持不變時(shí)，導(dǎo)體消耗的電功率與電阻成正比”。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）按電路圖連接電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)到阻值最大處。調(diào)節(jié)電阻箱至某一適當(dāng)位置，讀取阻值R并記錄。閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，讀取電流表、電壓表的示數(shù)并記錄。（2）改變電阻箱R的阻值，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表A的示數(shù)不變，讀取此時(shí)電阻箱、電流表和電壓表的示數(shù)并記錄。（3）重復(fù)步驟（2）再次實(shí)驗(yàn)，將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中。（4）利用公式P＝UI，分別計(jì)算出電阻箱在不同阻值時(shí)消耗的電功率?！窘獯稹拷猓河尚×旱碾娐穲D可知，實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按電路圖連接電路。將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)到阻值最大處，調(diào)節(jié)電阻箱至某一適當(dāng)位置，讀取阻值R并記錄。閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P讀取電流表的示數(shù)，電壓表的示數(shù)U并記錄。（2）改變電阻箱的阻值，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表A的示數(shù)不變，讀取此時(shí)電阻箱、電流表和電壓表的示數(shù)并記錄。（3）仿照步驟（2），再做次實(shí)驗(yàn)，將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中。（4）利用公式P＝UI，分別計(jì)算出電阻箱在不同阻值時(shí)消耗的電功率。故答案為：（2）電阻箱R；電流表A的示數(shù)不變；（4）UI。5．實(shí)驗(yàn)桌上有如下器材：符合實(shí)驗(yàn)要求的電源一個(gè)、已調(diào)零的電流表和電壓表各一塊、滑動(dòng)變阻器、電阻箱和開關(guān)各一個(gè)、導(dǎo)線若干。小梁選用上述器材，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明“當(dāng)通過導(dǎo)體的電流保持不變時(shí)，導(dǎo)體消耗的電功率與電阻成正比”。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）按電路圖連接電路。將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)到阻值最大處，調(diào)節(jié)電阻箱至某一適當(dāng)位置，讀取阻值R并記錄。閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P讀取電流表的示數(shù)I，電壓表的示數(shù)U并記錄。（2）改變電阻箱R的阻值，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)仍為I，讀取此時(shí)電阻箱、電流表和電壓表的示數(shù)并記錄。（3）仿照步驟（2），再做4次實(shí)驗(yàn)，將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中。（4）利用公式P＝UI，分別計(jì)算出電阻箱在不同阻值時(shí)消耗的電功率并記錄在表格中?！窘獯稹拷猓河尚×旱碾娐穲D可知，實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按電路圖連接電路。將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)到阻值最大處，調(diào)節(jié)電阻箱至某一適當(dāng)位置，讀取阻值R并記錄。閉合開關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P讀取電流表的示數(shù)，電壓表的示數(shù)U并記錄。（2）改變電阻箱的阻值，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)仍為I，讀取此時(shí)電阻箱、電流表和電壓表的示數(shù)并記錄。（3）仿照步驟（2），再做4次實(shí)驗(yàn)，將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中。（4）利用公式P＝UI，分別計(jì)算出電阻箱在不同阻值時(shí)消耗的電功率并記錄在表格中。故答案為：（2）電阻箱R；電流表示數(shù)仍為I；（4）UI。6．某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)探究串聯(lián)電路中兩個(gè)電阻消耗電功率的變化規(guī)律。他們按圖所示連接電路，電源電壓保持不變，定值電阻R定為10歐。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們多次改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，并讀出各電表的示數(shù)，分別用公式計(jì)算出變阻器接入電路的電阻R滑、R定消耗的電功率P定、R滑消耗的電功率P滑，并將計(jì)算結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表中。R定＝10歐實(shí)驗(yàn)序號(hào)R滑（歐）P定（瓦）P滑（瓦）122.500.50251.600.803100.900.904150.580.865200.400.80（1）根據(jù)表格中實(shí)驗(yàn)序號(hào)1、2、3中的數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是：在串聯(lián)電路中，當(dāng)電源電壓和R定一定時(shí)，R滑越大，P定越小，P滑越大。（2）根據(jù)表格中實(shí)驗(yàn)序號(hào)4與5中的數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是：在串聯(lián)電路中，當(dāng)電源電壓和R定一定時(shí)，R滑越大，P定越小，P滑越小。（3）請根據(jù)表格中的信息判斷：當(dāng)該電路中滑動(dòng)變阻器的功率為0.85瓦時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為5Ω到10Ω或15Ω到20Ω。（4）該小組同學(xué)猜想R定與R滑滿足R滑等于R定條件時(shí)，P滑最大。為了驗(yàn)證以上猜想，他們還需添加用阻值不同的定值電阻實(shí)驗(yàn)器材繼續(xù)探究?！窘獯稹拷猓海?）根據(jù)表格中實(shí)驗(yàn)序號(hào)1、2、3中的數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是：在串聯(lián)電路中，當(dāng)電源電壓和R定一定時(shí)，R滑越大，P定越小，P滑越大；（2）根據(jù)表格中實(shí)驗(yàn)序號(hào)4與5中的數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是：在串聯(lián)電路中，當(dāng)電源電壓和R定一定時(shí)，R滑越大，P定越小，P滑越??；（3）根據(jù)（1）的結(jié)論知，0.50W＜0.85W＜0.90W，故當(dāng)該電路中滑動(dòng)變阻器的功率為0.85瓦時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為5Ω到10Ω；根據(jù)（2）的結(jié)論知，0.80W＜0.85W＜0.90W，故當(dāng)該電路中滑動(dòng)變阻器的功率為0.85瓦時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值范圍為15Ω到20Ω；（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、2、3實(shí)驗(yàn)，當(dāng)變阻器連入電路中的電阻增大到10Ω時(shí)，變阻器的功率達(dá)到最大，由4、5、6實(shí)驗(yàn)知，當(dāng)變阻器連入電路中的電阻從10Ω再增大時(shí)，變阻器的功率又變小，故該小組同學(xué)猜想R定與R滑滿足R滑等于R定條件時(shí)，P滑最大。（5）為得出普遍性的結(jié)論，要用阻值不同的定值電阻實(shí)驗(yàn)器材繼續(xù)探究。故答案為：（1）R滑越大，P定越小，P滑越大；（2）R滑越大，P定越小，P滑越??；（3）5Ω到10Ω或15Ω到20Ω；（4）R滑等于R定；（5）用阻值不同的定值電阻。7．同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)探究“電流相同時(shí)，電功率跟電壓的關(guān)系”。所用兩只燈泡為L1“”和L2“”。（1）小文同