專題22　電能實驗探究（原卷版）

第3章能量的轉(zhuǎn)化與守恒

專題22電能實驗探究

類型一電功率的測量......................................................................................................................................3

【訓(xùn)練1測量小燈泡電功率的常規(guī)實驗】............................................................................................3

【訓(xùn)練2測量小燈泡電功率的變式實驗】..............................................................................................6

類型二探究焦耳定律....................................................................................................................................13

【方法歸納】

1.測量小燈泡的電功率

用電流表和電壓表測小燈泡的電功率的方法與測電阻的方法相同，都叫做伏安法。

原理：P＝UI。電路圖如圖：

選擇和連接實物時須注意：

①電源電壓高于燈泡的額定電壓；②滑動變阻器接入電路時要調(diào)到最大值。根據(jù)能否調(diào)到燈泡的額定

電壓選擇滑動變阻器。③根據(jù)額定電壓選擇電壓表量程；根據(jù)I額＝P額/U額或I額＝U額/R選擇量程。

2.特殊方法測量額定功率

思路：“巧用開關(guān)”，要測量小燈泡的額定功率，必須添加滑動變阻器，且當(dāng)改變電表測量對象時，

需要控制電路中電流為其額定電流不變，這就要用到多個開關(guān)或單刀雙擲開關(guān)，具體設(shè)計如下。

主要器材設(shè)計電路主要步驟表達(dá)式

①斷開S1、閉合S2，移動滑片，

使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電

U額（U－U額）

壓U額；P＝

額R0

②保持滑片位置不變，閉合S、

單表＋定值電阻1

斷開S，記下電壓表示數(shù)U

＋兩開關(guān)＋滑動2

①閉合S、斷開S，移動滑片，

變阻器12

U額

使電流表示數(shù)等于；U額

R0

P額＝U額I－

(R0)

②保持滑片位置不變，斷開S1、

閉合S2，記下電流表示數(shù)I

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①將S撥到2，移動滑片，使電

壓表示數(shù)等于燈泡的額定電壓

U額（U－U額）

U額；P＝

額R0

②保持滑片位置不變，將S撥

單表＋定值電阻

到1，記下電壓表示數(shù)U

＋單刀雙擲開關(guān)

①將S撥到1，移動滑片，使電

＋滑動變阻器

U額

流表示數(shù)為；②保持滑片位U額

R0

P額＝U額I－

(R0)

置不變，將S撥到2，記下電流

表示數(shù)I

閉合開關(guān)S，移動滑片，使電壓

額

表V1的示數(shù)等于燈泡的額定電UU

P額＝0

壓U額，同時記下電壓表V2的示R

兩表＋定值電阻數(shù)U

＋滑動變阻器閉合開關(guān)S，移動滑片，使電流

U額

表A的示數(shù)等于，同時記下P額＝U額I0

1R0

電流表A2的示數(shù)I0

特別提醒：1)在測量小燈泡電功率的實驗中，多次測量的目的：為了研究小燈泡亮度(或電功率)與小

燈泡兩端電壓的關(guān)系。

2)在測量小燈泡電阻的實驗中，多次測量的目的：為了研究小燈泡的電阻是否與溫度有關(guān)。

3)在測量定值電阻的實驗中，多次測量的目的是為了求平均值，以減小測量誤差。

3.電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)

（1）注意點：實驗方法(轉(zhuǎn)換法、控制變量法)

被加熱的材料選用煤油或空氣(利用其比熱容小，效果明顯且安全)

選擇加熱物質(zhì)的要求(質(zhì)量相同、初溫相同)

轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用(通過溫度計的示數(shù)或U形管液面高度的變化反映產(chǎn)生電熱的多少)

（2）控制變量法的應(yīng)用

探究電熱與通電電流大小的關(guān)系，控制電阻絲阻值和通電時間相同，改變通過兩電阻絲的電流大小.

（電路設(shè)計：將阻值相同的電阻絲并聯(lián)在電路中）

探究電熱與電阻的關(guān)系，控制通過電阻絲的電流和通電時間相同，選擇兩個電阻不同的電阻絲.（電路

設(shè)計：將阻值不同的電阻絲串聯(lián)在電路中）

探究電熱與通電時間的關(guān)系，控制電阻絲的阻值和通電電阻絲的阻值相同，改變通電時間的長短.

（3）實驗結(jié)論：導(dǎo)體產(chǎn)生的電熱與電流、電阻和通電時間有關(guān)；①在電阻和通電時間相同的情況下，

通過電阻的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多；②在電流和通電時間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；

③在電阻和通過電阻的電流相同的情況下，通電時間越長，產(chǎn)生的熱量越多。

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【常考題型】

類型一電功率的測量

【訓(xùn)練1測量小燈泡電功率的常規(guī)實驗】

【方法歸納】判斷

1.在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，要測定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率，在實驗操作過程中，

手和眼的分工應(yīng)該是(B)

A．手移動滑動變阻器的滑片，眼看電流表示數(shù)

B．手移動滑動變阻器的滑片，眼看電壓表示數(shù)

C．手移動滑動變阻器的滑片，眼看小燈泡亮度

D．手按開關(guān)，眼看電流表示數(shù)和小燈泡發(fā)光情況

2.如果用如圖所示的電路來測量電阻R1的電功率，則圖中甲是______表，乙是______表。

3.用如圖所示的器材測定小燈泡電功率。

(1)小強依照電路圖(如圖甲)、選擇了合適的電表量程連接元件，但尚未連接完整。用筆畫線代替導(dǎo)線將

圖乙中的元件連接完整。

(2)閉合開關(guān)前，必須將滑動變阻器的滑片P移到_____(填“a”或“b”)端。實驗時，移動滑動變阻器的滑

片P，改變小燈泡兩端的______，從而控制小燈泡的實際功率。

(3)小強觀察到小燈泡的額定電壓為2.5V，閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑片P，當(dāng)電壓表的示數(shù)為

2.5V時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為________W。

(4)繼續(xù)向a端移動滑動變阻器的滑片P，這時小燈泡的實際功率會________(填“變大”或“變小”)。

4.在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，電路圖如圖甲所示，電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5

V。

(1)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖乙的實物圖連接完整。

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(2)閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片移到________(填“A”或“B”)端。

(3)小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，電流表的讀數(shù)為________A，小燈泡的額定功率為

________W。

(4)考慮到電壓表的實際電阻對電路的影響，這樣測出的小燈泡的額定功率相比真實的額定功率

__________(填“偏大”“不變”或“偏小”)。

5．用圖甲電路測量小燈泡電功率，電源電壓恒為3V，小燈泡的額定電流為0.2A，額定電壓小于3V。

(1)連接電路時，開關(guān)應(yīng)處于________狀態(tài)。

(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實物電路連接完整。

(3)電路連接正確后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，接下來應(yīng)進(jìn)行的操作是______(填

序號)。

A．更換小燈泡

B．檢查電路是否斷路

C．移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光

(4)問題解決后，某時刻電流表示數(shù)如圖乙所示，示數(shù)為______A。要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片

P向______(填“左”或“右”)端移動，使電流表示數(shù)為0.2A。

(5)移動滑片P，記錄多組數(shù)據(jù)，繪制成I-U圖象。根據(jù)圖丙所給信息，計算出小燈泡的額定功率是______W；

進(jìn)一步分析圖丙可知，實驗過程中小燈泡的電阻發(fā)生變化，電阻變化的主要原因是

______________________。

(6)對實驗現(xiàn)象進(jìn)一步分析可知：小燈泡的實際功率越大，小燈泡亮度越大。但某同學(xué)發(fā)現(xiàn)：標(biāo)有“220

V8.5W”的LED燈與標(biāo)有“220V60W”的普通白熾燈都正常發(fā)光時，亮度幾乎相當(dāng)。請分析造成這一現(xiàn)

象的原因可能是______(填序號)。

A．兩燈的實際功率相同

B．相同時間內(nèi)，電流通過兩燈做功不同

C．兩燈將電能轉(zhuǎn)化為光能的效率不同

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【訓(xùn)練2測量小燈泡電功率的變式實驗】

【方法歸納】小。

1.在“測量小燈泡額定功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V。

(1)請你用筆畫線代替導(dǎo)線將圖甲中的實物電路連接完整，要求：滑動變阻器的滑片P向A端移動時，

電流表示數(shù)變大，連線不得交叉。

(2)正確連接電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，出現(xiàn)該狀況的原因

是()

A．電流表內(nèi)部斷路了B．燈座內(nèi)部出現(xiàn)了短路C．燈泡的燈絲斷了

(3)排除故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為2.5V，此時電流表的示數(shù)如

圖乙所示，其讀數(shù)為________A，小燈泡的額定功率為________W。

(4)該實驗裝置不能完成的實驗是()

A．探究串聯(lián)電路中的電流規(guī)律B．探究串聯(lián)電路中的電壓規(guī)律C．探究電流與電壓的關(guān)系

(5)另一組的小芳在進(jìn)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(xué)們設(shè)計了如圖丙所示的電路，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(guān)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(guān)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(dá)式P額＝______________。(用U額、U、R0表示)

2.在測量額定電壓為2.5V小燈泡額定功率的實驗中，電源電壓恒定不變。

(1)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中電路連接完整，要求實驗時向右移動滑片P小燈泡亮度變暗。

(2)實驗過程中，某小組的同學(xué)將所測得相關(guān)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄如表：

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①小燈泡的額定功率為________W。

②表格中有一處設(shè)計不合理，請指出不合理的設(shè)計是____________________；

③分析表中數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)燈絲電阻跟________有關(guān)。

(3)測量額定電壓為U0的小燈泡額定功率，物理科代表設(shè)計了圖乙所示的電路(R0為已知的定值電阻，R

為滑動變阻器)。

①斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，移動滑動變阻器滑片P，當(dāng)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(guān)S1，斷開開關(guān)S2，記下電流表示數(shù)為I；

③推導(dǎo)出小燈泡L的額定功率表達(dá)式P額＝___________(用物理量U0、R0和I表示)。

3.小明用如圖甲所示電路來測量額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率(部分實驗器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)

明)：

(1)連接電路時，開關(guān)應(yīng)________。

(2)實驗中，小明發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，兩電表指針始終處于圖乙所示位置，可能是小燈泡出

現(xiàn)了________(填“短路”或“斷路”)故障。

(3)故障排除后，小明移動滑動變阻器的滑片，記錄電表的數(shù)據(jù)，得到小燈泡U-I圖象如圖丙所示，則

小燈泡的額定功率是________W。

(4)實驗中電壓表意外損壞，小明決定用阻值較大的定值電阻(阻值為R0)和兩個電流表，按如圖丁所示

電路完成實驗。現(xiàn)測得電流表A1和電流表A2的示數(shù)分別為I1和I2，可求得小燈泡的實際功率為________。

4.某小燈泡的額定電流為0.3A，圖甲是小明測量該燈泡功率的實驗電路。

(1)請用筆畫線代替導(dǎo)線，將滑動變阻器連入電路，使之接入電路的阻值最大。

(2)閉合開關(guān)進(jìn)行實驗時，若圖中導(dǎo)線M發(fā)生了斷路，則在調(diào)節(jié)滑片的過程中，會發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為

________V、電流表的示數(shù)為________A。

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(3)小明將滑片移至某處時，兩電表的示數(shù)如圖乙所示，小燈泡的功率為________W。

(4)為測量該小燈泡的額定功率，小強設(shè)計了圖丙所示實驗電路，所用電源電壓恒定，R1、R2均為電阻

箱(0～999.9Ω)。實驗步驟如下：

第1步：僅閉合S1，R2調(diào)至5Ω時，電流表的示數(shù)為0.3A。

第2步：僅閉合S2，R1、R2分別調(diào)至6Ω和9Ω時，電流表的示數(shù)為0.3A。

則小燈泡正常發(fā)光時的電阻為________Ω，額定功率為________W。

5．測量小燈泡電功率。

(1)小明在測量額定電壓為2.5V小燈泡L1電功率時，選擇了電壓恒定的電源、滑動變阻器、電壓表和

電流表等器材，設(shè)計了如圖甲所示的電路。

①圖甲中有一根導(dǎo)線尚未連接，請你用筆畫線代替導(dǎo)線將電路補充完整。

正確連接電路后，閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動變阻器的滑片滑至最______(填“左”或“右”)端。閉合開關(guān)后，發(fā)

現(xiàn)電流表和電壓表的指針均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電路出現(xiàn)的故障可能是滑動變阻器_______。

②排除故障閉合開關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為了測量小燈泡的額

定功率，應(yīng)使滑動變阻器連入電路的阻值________(填“變大”或“變小”)。小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)

如圖丙所示為______A，小燈泡的額定功率為______W。

③繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，多次實驗，小明發(fā)現(xiàn)燈的電阻是隨功率變化的，當(dāng)小燈泡的電阻為8Ω

時，小燈泡的實際功率________(填“大于”“小于”或“等于”)額定功率。

(2)小明設(shè)計了如圖丁所示的電路，用一個電壓表或電流表，測量額定電壓為U額的小燈泡L2額定功率，

已知定值電阻的阻值為R0、電源電壓未知。請你完成下面的步驟。

①將____________________(填“電壓表并聯(lián)在ab間”“電流表串聯(lián)在a點”或“電流表串聯(lián)在b點”)，只閉

合開關(guān)S和S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電表的示數(shù)為______，燈泡正常發(fā)光；

②只閉合開關(guān)S和S2，變阻器滑片位置_______________(填“保持不動”“向右移動”或“向左移動”)，讀

出電表的示數(shù)U或者I；

③小燈泡L2的額定功率表達(dá)式為P額＝__________。

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6．興趣小組在“測量小燈泡電功率”的實驗中，有電流表、電壓表各一個，開關(guān)、導(dǎo)線若干，電源的電

壓恒為6V，小燈泡L1的額定電壓為3.8V，正常發(fā)光時電阻約為10Ω，滑動變阻器有規(guī)格為“10Ω1.5

A”的R1和規(guī)格為“20Ω1A”的R2。

(1)為了完成實驗，選擇滑動變阻器R1等器材，進(jìn)行如圖甲所示的電路連接，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將

電路連接完整，并指出連接電路時的錯誤之處：________________。

(2)實驗時，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表無示數(shù)。用導(dǎo)線連接電流表兩端，燈泡發(fā)光，則

故障原因是電流表________。

(3)更換新的電流表，完成測量后，小華將小燈泡L1更換為額定電壓2.5V，正常發(fā)光時阻值約為8Ω

的L2。為了測量它的額定電功率，需用滑動變阻器R2替換電路中的R1，其目的是____________________。

(4)小明認(rèn)為不用電流表，同樣能測量出燈泡L2的額定功率，設(shè)計了圖乙所示的電路，請你幫他補全實

驗步驟：

①將滑動變阻器______調(diào)到最大阻值且保持不變，閉合開關(guān)S，將S1撥向觸點______，調(diào)節(jié)另一滑動

變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為U額。

②再將開關(guān)S1撥向另一觸點，讀出電壓表示數(shù)為U，滑動變阻器的最大阻值分別為R1、R2。則燈泡L2

的額定功率表達(dá)式為P額＝__________。

類型二探究焦耳定律

【方法歸納】判斷電熱

1．如圖是探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與________關(guān)系的實驗裝置。實驗中用U形管內(nèi)液面的________

反映導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少，通電一段時間后，容器________(填“甲”或“乙”)內(nèi)電阻絲產(chǎn)生的熱量較多。

2．如圖所示，串聯(lián)的兩電阻絲(R1＜R2)，封閉在兩個完全相同的燒瓶中，并通過短玻璃管與相同的氣

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球相連。閉合開關(guān)，通過兩電阻絲的電流________(填“相等”或“不相等”)，一段時間后，密閉燒瓶內(nèi)的空氣

被加熱，觀察到______(填“A”或“B”)氣球先鼓起來。

3.探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q與電阻R的關(guān)系”，他們選用了以下實驗器材：兩個完全相同的燒瓶，

燒瓶內(nèi)分別裝有質(zhì)量和初溫相同的水和煤油，相同的溫度計A和B、阻值分別為R1、R2