电功率测量方法集锦

李 强

中考物理试题要体现稳中求变,稳中求新,稳中求改的精神。物理实验的考查往往能给学生提供更多的展现思维过程和分析问题、表述问题、解决问题的空间,是物理考试的重头戏之一。“测定小灯泡的电功率”的实验又是物理实验中的重点之一,是电学知识的综合,是实际操作与原理叙述的综合,如没有实际操作或对实验不熟悉,想做好相关题目的分析与问答几乎是不可能的。因此,对这个实验的复习要做到原理明了,步骤清晰,分析到位。

测量电功率实验题,主要是考查实验器材的选取、实验电路的设计、实验现象的分析和实验数据的处理几方面内容。既会考查用电压表、电流表测小灯泡的电功率,用电能表测家用电器电功率的常规测量,也会考查缺器材(缺电流表或电压表)测用电器电功率的非常规测量。

一、常规测量

(一)伏安法测量小灯泡的电功率

内容解读:

(1)实验依据是P=UI,测出小灯泡的电压和电流,可以得出小灯泡的功率。

(2)实验电路图如图1所示,图中小灯泡的额定电压为U。

(3)主要实验步骤:①调节滑动变阻器,改变小灯泡两端的电压,使电压表示数U等于、略高于或略低于灯泡的额定电压,读出相应的电流表示数I;②利用公式P=UI计算出小灯泡电功率。

(4)实验中应注意的问题:①连接实物电路时,要注意电路中的开关始终要断开,电流表和电压表的正负接线柱不能接错,滑动变阻器的滑片应放在最大阻值处;②“伏安法测电阻”可以采用多次测量求平均值的方法来减小误差,而“伏安法测电功率”则不必多次测量求平均值。

中考链接:

(2008•江西)小宜同学做“测小灯泡的额定功率”实验时,已知小灯泡的额定电压是3.8 V,其中电源是三节新的干电池,灯丝电阻大约10 Ω,滑动变阻器上标有“10 Ω 1 A”的字样。

(1)如图2所示的是小宜同学连接不完整的实验电路,请你用笔画线代替导线帮他将图中未连接部分连接好。要求:电压表、电流表选择合适的量程,滑动变阻器的滑片向右移动使连入电路的阻值减小。

(2)当小宜同学闭合电路的开关后,电路中可能出现一些不正常现象。

第一种:小灯泡较暗,滑动变阻器滑片移动时不能改变小灯泡的明亮程度,可能在连接电路时把滑动变阻器的_________(选填“AB”或“CD”)两端点连入了电路中。

第二种:小灯泡不亮,电流表示数为零,电压表示数为4.5V,可能小灯泡处______(选填“短路”或“断路”)。

(3)小宜同学在实验中为了能得到比较准确的小灯泡的额定功率,改变接入电路的滑动变阻器的阻值,分别得到三组数据,如下表:

老师认为小宜同学通过三次测量得到三组数据,算出三个电功率值,再求平均值得到额定功率的数据处理方法有误,为什么?

(4)你认为正确测量结果P=___________W。

思路点拨 伏安法测小灯泡的电功率实验是电学中最重要的实验之一。本题主要考查学生的基本操作、对电路故障的分析和实验数据的处理能力。

(1)实物连接如图3所示。

(2)可能把AB两端点连入电路中,断路。

(3)因为额定功率是用电器中额定电压下的功率,当滑动变阻器阻值变化时灯两端的电压也变化,此时灯泡的电功率不是额定功率,因此不能用多次测量求平均值的方法求额定功率。

(4)1.52。

(二)电能表测算家用电器电功率

内容解读:

(1)实验依据是P=,测算出用电器在t时间消耗的电能,可以得出小灯泡的功率。

(2)主要实验步骤:①观察电能表,记下它1 kW•h时的转数N;②测量时首先关闭(属于该电能表的)其他的用电器,只启动待测用电器;③用秒表或手表记下电能表转n转所用的时间t;④计算出电流做的功W= kW•h;⑤利用公式P=算出所测用电器的功率。

(3)实验中应注意的问题:①在用电能表测用电器的功率时,除待测用电器外,其他用电器必须全部关闭;②在利用转数求消耗的电能时,计算能力较差的同学,容易出错。

中考链接:

(2006•盐城)小明家的电能表如图4所示,家中用电器的总功率不能超过_________W。当小明家只有一盏电灯工作时,3 min内转盘正好转过5圈,则该灯泡消耗的电能是_________J,它的电功率为_________W。

思路点拨 “利用家用电能表测算家用电器电功率”是近年来中考的一个热点,本题除考查电能表面板数据的意义外,主要考查电功率的测量。

家中用电器的总功率不能超过P=UI=220 V×5 A=1 100 W。转盘转过5转,电灯消耗的电能为W= kW•h=0.002 kW•h=7 200 J,电功率为P===40 W。

二、非常规测量

(一)只用一只表测量小灯泡的额定功率

1. 只用电流表测量小灯泡的额定功率

内容解读:

(1)实验依据是P=UI,测出小灯泡的额定电流,可以得出小灯泡的额定功率。

(2)实验电路图如图5所示。图中小灯泡的额定电压为U,R为一定值电阻。

(3)主要实验步骤:①S掷向接线柱1,调节滑动变阻器,使电流表的示数为;②保持滑动变阻器滑片不动,S掷向接线柱2,读出电流表示数I;③计算出灯泡的额定电流I=I-;④利用公式P=UI算出小灯泡的额定功率。

(4)实验中应注意的问题:S一定要先掷向接线柱1,再掷向接线柱2,定值电阻和灯泡的位置不能交换,否则无法使灯泡在额定电压下工作。

2. 只用电压表测量小灯泡的额定功率

内容解读:

(1)实验依据是P=UI,测出小灯泡的额定电流,可以得出小灯泡的额定功率。

(2)实验电路图如图6所示。图中小灯泡的额定电压为U,R为一定值电阻。

(3)主要实验步骤:①S掷向接线柱2,调节滑动变阻器,使电压表的示数为U;②保持滑动变阻器滑片不动,S掷向接线柱1,读出电压表示数U;③计算出小灯泡的额定电流I=;④利用公式P=UI计算出小灯泡的额定功率。

(4)实验中应注意的问题:S一定要先掷向接线柱2,再掷向接线柱1,定值电阻和灯泡的位置不能交换,否则无法保证灯泡在额定电压下工作。

中考链接:

(2003•重庆)在一次测定小灯泡额定功率的实验中,老师给出了下列器材:额定电压为U的小灯泡、电源(电压未知)、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一个电流表、一个单刀双掷开关和若干导线。实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化。

(1)小张同学设计的实验电路图如图7所示,请你根据电路图用笔画线连接未完成的实物连线。

(2)写出用以上实验电路测定小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量(物理量用字母表示):

_____________________________________________

________________________________________________。

(3)本实验中,小灯泡额定功率的表达式P=_______。

(4)若在给出的器材中只将其中的“一个电流表”改为“一个电压表”,请你重新设计一个实验电路图,测量小灯泡的额定功率(将实验电路图画在下面的方框内,不需要说明实验步骤)。

思路点拨 本题是一道典型的考查缺器材(缺电流表或电压表)测量小灯泡额定功率的实验题,主要考查学生的实验设计能力。

(1)实物连接如图8所示。

(2)①计算当R两端的电压为U时,通过它的电流为;②S掷向接线柱1,调节滑动变阻器,使电流表的示数为,此时电流表测量的是R的电流;③保持滑动变阻器滑片不动,S掷向接线柱2,读出电流表示数I,此时通过L的电流为I-。

(3)P=UI-

(4)如图9所示。

(二)等效替代法测量小灯泡的额定功率

1. 电流表和电阻箱测量小灯泡的额定功率

内容解读:

(1)实验依据是P=,测出小灯泡的阻值R,可以得出小灯泡的额定功率。

(2)实验电路图如图10所示。图中小灯泡的额定电压为U,R′为电阻箱。

(3)主要实验步骤:①闭合S,断开S,移动滑片记下电流表的示数I;②闭合S,断开S,保持滑片不动,调节电阻箱使电流表的示数仍为I,记下电阻箱示数R′,它等于小灯泡的阻值R;③利用公式P=计算出小灯泡的额定功率。

(4)实验中应注意的问题:应先闭合S,后闭合S,才能保证电阻箱的阻值等于小灯泡的阻值。

2. 电压表和电阻箱测量小灯泡的额定功率

内容解读:

(1)实验依据是P=,测出小灯泡的阻值R,可以得出小灯泡的额定功率。

(1)实验电路图如图11所示。图中小灯泡的额定电压为U,R′为电阻箱。

(2)主要实验步骤:①闭合S、断开S,移动滑片记下电压表的示数U;②闭合S、断开S,保持滑片不动,调节电阻箱使电压表的示数仍为U,记下电阻箱示数R′,它等于小灯泡的阻值R;③利用公式P=计算出小灯泡的额定功率。

(3)实验中应注意的问题:先闭合S,后闭合S,才能保证电阻箱的阻值等于小灯泡的阻值。

中考链接:

(2005•重庆)利用如图12所示的电路,测定一个电热器R(R的阻值未知,额定电压已知为U)的额定功率P,图中R为滑动变阻器,R′为电阻箱,图中所有仪器都能保证实验正常进行。开始实验前,三个开关S、S、S均处于断开状态。

(1)开关S闭合之前,滑动变阻器R的滑片P应位于变阻器的_________端。(选填“左”或“右”)

(2)根据公式P=UI,王强同学设计了如下的实验步骤:

A. 闭合开关S。

B. 闭合开关S,调节电阻箱R′的旋盘,当电流表示数与电阻箱示数的乘积等于U时,停止R′的调节。

C. 断开开关S,闭合开关S,记下此时电流表的示数I,即可得P=UI。

实际上,王强同学设计的实验步骤是错误的。他的错误是____________________________________________。

(3)请你将正确实验所必需的步骤,按合理的顺序写在后面的横线上:

A. 闭合开关S。

B. 先闭合开关S,____________________________。

C. _________________________________________。

D. 用你测得的量和已知量表示额定功率P=_____。

思路点拨 本题是一道用“等效替代法测量小灯泡额定功率”的实验题,以王强同学对“等效替代法”没有真正理解和熟练掌握的情况下,实施的错误实验步骤为背景。要求考生不仅要发现错误所在,还要能设计实验方案,重新编排合理的实验步骤,并能控制实验条件,这对考生综合能力要求较高。

(1)滑片P应位于变阻器的左端。

(2)当再断开S,闭合S后,R两端电压不能保证仍然是U。

(3)B. 移动滑动变阻器的滑片P,当电流表的示数为某一较为合适的值I时,停止移动滑片,并记下I的值。C. 保持滑动变阻器滑片P的位置不变,断开开关S,闭合开关S,调节电阻箱R′,当电流表的示数再次为I时,记下电阻箱的示数R;由于在两次测量中,保证了电阻箱两端电压与R两端电压相等,故电阻箱的示数R等于电热器的阻值R。 D. P0=U0I0=。