拓展課Ⅲ特殊方法測(cè)電功率（解析版）

拓展課Ⅲ特殊方法測(cè)電功率【知識(shí)掌握】電功率的測(cè)量分為專業(yè)的功率表測(cè)量，也可以根據(jù)電能表消耗的電能（轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)）和時(shí)間t進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量原理：。還可以根據(jù)，通過(guò)測(cè)量電壓和電流來(lái)間接測(cè)量電功率，也是教材重點(diǎn)講述的方法。在測(cè)量電功率實(shí)驗(yàn)中，又分為測(cè)量用電器的實(shí)際功率和額定功率，測(cè)量額定功率屬于測(cè)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(cè)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(guò)特殊方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，大致將測(cè)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(duì)額定電壓情況，對(duì)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(qǐng)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(qǐng)用筆畫(huà)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(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，而電流表無(wú)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(cè)量的數(shù)據(jù)表格，有同學(xué)認(rèn)為，無(wú)需測(cè)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(cè)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(cè)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(qǐng)你將步驟補(bǔ)充完整：①連接好電路，閉合開(kāi)關(guān)S，將開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)，小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路可能出現(xiàn)了斷路故障，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)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(cè)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(kāi)關(guān)S，將開(kāi)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(kāi)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(cè)燈的電壓，燈正常發(fā)光；在②中，電壓表測(cè)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(guò)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(jiàn)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(qǐng)你在錯(cuò)誤連線上畫(huà)“×”。并用筆畫(huà)出正確的導(dǎo)線。（2）電路正確連接后，閉合開(kāi)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(lái)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(kāi)關(guān)是否接觸良好（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)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(cè)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(kāi)關(guān)（S可以連接“a”或“b”），則以下測(cè)量方案可行的是A、B（選填字母）。【解答】解：（1）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(shuō)明電路的電流過(guò)小，故接下來(lái)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(guò)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(méi)有電流表，電壓表和定值電阻應(yīng)起到測(cè)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(cè)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(guò)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(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電壓表測(cè)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(cè)燈的額定功率，應(yīng)先使燈正常發(fā)光，在沒(méi)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(cè)量作用，故將R與電流表串聯(lián)后再與燈并聯(lián)，通過(guò)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(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電流表測(cè)燈與R0并聯(lián)的總電流，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，各電阻的大小和通過(guò)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(xiě)出燈的額定功率的表達(dá)式，B可行；C、無(wú)論S打到a或b，無(wú)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(lái)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(kāi)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(qǐng)你在圖中將改動(dòng)的導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線在圖甲中畫(huà)出正確的接法；（2）改正錯(cuò)誤后，閉合開(kāi)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(lái)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(cè)小燈泡額定電功率時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表出現(xiàn)了故障，無(wú)法使用，于是他們又找來(lái)了一個(gè)已知阻值的定值電阻R0和一個(gè)單刀雙擲開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(huà)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(kāi)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(cè)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(cè)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(lái)探究“當(dāng)通過(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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。【解答】解：由小梁的電路圖可知，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(kāi)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(guò)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(qǐng)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(guò)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L(zhǎng)1“”和L2“”。（1）小文同