3.6.2 电功率实验讲练-2024-2025学年浙教版九年级上册科学

3.6.2电能 知识点1 电功率的实验探究 （一）影响电功率大小的因素 (1)研究电功率与电流的关系 实验方案:如图所示，将两只小灯泡并联，目的是控制两者两端的电压相同，比较通过两只小灯泡的电流大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电流表的示数，把观察结果记录在下表中。 灯L1 灯L2 条件控制(电压关系) 亮度(亮暗) 电流(安) 实验结果:在电压相等的情况下，通过小灯泡的电流越大，小灯泡的电功率越大。 (2)研究电功率与电压的关系 实验方案:如图所示，将两只小灯泡串联，目的是控制通过两者的电流相同，比较两只小灯泡两端的电压大小和亮度(亮度反映实际功率的大小)。观察两只小灯泡的亮暗，并记录两只电压表的示数，把观察结果记录在下表中。 灯L1 灯L2 条件控制(电流关系) 亮度(亮暗) 电压(安) 实验结果:在电流相等的情况下，小灯泡两端的电压越高，小灯泡的电功率越大。 （二）电功率的计算公式 (1)实验表明，用电器的电功率等于用电器两端的电压与通过用电器的电流的乘积。 (2)电功率的公式可表示为P=UI (电功率的基本公式，适用于所有电路的计算)，由公式得出，电功率的单位瓦特也可表示为1瓦=1伏.安。 (3)电功率的推导公式:将公式I=U/R代入上述公式，推导出:P=I2R或P= U2/R(只适用于纯电阻电路的计算)。 (4)无论用电器串联或并联，电路的总功率都等于各用电器的实际功率之和，关系式为P=P1+P2+..+Pn。 （三）电功的计算 (1)根据功率和功的关系P=W/t可以得到电功的计算式，即W=Pt=UIt。这就是说，电流在某段电路上做的功，等于这段电路两端的电压与通过这段电路的电流，以及通电时间的乘积。 (2)根据公式W=UIt,电功的单位焦耳也可表示为1焦=1伏.安.秒。 (3)将公式I=U/R代入电功公式，可得W=U2t/R或W=I2Rt。同样的，这两个公式只能运用于纯电阻电路中。 （四）电功率的测量 (1)伏安法测量电功率:用电压表测量用电器两端的电压，用电流表测量通过用电器的电流，再根据公式P=UI间接求出用电器的电功率，这种方法叫做伏安法。 (2 )实验器材:常用的小灯泡1只(标明额定电压，未标明额定功率)，电流表、电压表各1只，滑动变阻器1只,开关1只，电池组(总电压高于小灯泡的额定电压)1只，导线若干。 (3)过程和步骤: ①按正确的电路图连接电路。 ②调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压。读出此时两只电表的示数，并记录在下表中。 ③调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。 ④调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压约为小灯泡额定电压的0.8。观察小灯泡的亮度变化(相对于额定电压下的亮度)，读出两只电表的示数，并记录在下表中。 ⑤计算出三种情况下小灯泡的电功率;分析小灯泡的亮度和实际功率的关系。 序号 电压 电流 电功率 小灯泡的亮度变化 1 2 3 【能力拓展】 （1）研究电功率与电流、电压的关系，应用控制变量法。在研究电功率与电流的关系时，应控制电压不变，比较电功率(小灯泡亮暗)与电流的关系，实验中采取将两只小灯泡并联来控制电压不变。在研究电功率与电压的关系时，应控制电流不变,比较电功率(小灯泡亮暗)与电压的关系，实验中采取将两只小灯泡串联来控制电流不变。 （2）对于同一用电器而言,用电器的阻值常认为是不变的，电功率之比等于它相应的电压的平方之比，故可利用P实/P额=U实2/U额2解题。如标有“220伏40瓦”字样的灯泡，若接在电路中的实际电压是110伏，则灯泡的实际功率是10瓦。 （3）根据公式P=I2R得，串联电路中各用电器电功率与电阻成正比，即P1/P2=R1/R2 （4）根据公式P=U2/R得，并联电路中各用电器电功率与电阻成反比，即P1/P2=R2/R1 经典例题 测定灯泡电功率 例题1（2020·金华·丽水）某班同学在实验室做“测定小灯泡额定电功率”的分组实验。实验老师提供给各小组的实验器材如下：规格为“3．8V”的小灯泡、学生电源(电压恒为6V)、电流表(0~0．6A，0~3A)、电压表(0~3V，0~15V)、滑动变阻器(“20Ω 1A”)、开关各一只，导线若干。 （1）小金组按图甲正确连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表的示数为3．8伏时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为________瓦； （2）小丽组同学发现，实验桌上的电压表0~15V的量程已损坏，其它器材完好。他们经讨论后认为，用该电压表0~3V的量程，通过改变电压表的连接位置也能测出小灯泡的额定功率。他们的实验操作步骤如下： 步骤一：按图甲电路先将电压表（0~3V)接在小灯泡两端，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为3伏，断开开关，拆下电压表； 步骤二：保持滑动变阻器的滑片位置不变，再将该电压表接在________两端； 步骤三：闭合开关，将滑动变阻器的滑片向________(填“左”或“右”)移动，直到电压表示数为________伏，读出此时电流表的示数，算出小灯泡的额定电功率。 反思：实验原理相同的情况下，我们可以采用不同的实验途径来完成实验。 例题2小金利用如图甲所示的电路来测量小灯泡的额定功率。小灯泡额定电压为2.5V，电源电压恒定。 （1） 依据图甲，请在答题卷上用笔画线代替导线，将图乙中的实物图补充完整。 （2） 小金正确连接实物电路，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片至某位置时，电压表示数如图丙所示，此时灯泡两端电压为________V。接下来调节滑动变阻器的滑片向________(选填“A”或“B”)端移动，直至小灯泡正常发光。 计算巩固 1.证明：串联电路中：R1/R2=U1/U2=P1/P2=W1/W2 P总=P1+P2 2.证明：并联电路中：R1/R2=I2/I1=P2/P1=W2/W1 P总=P1+P2 3. 已知灯泡电阻为484Ω，额定电压为220v，求额定功率、额定电流、正常工作10分钟所消耗的电能 4. 已知灯泡规格为220v，110w，求灯泡电阻、额定电流、正常工作5分钟所消耗的电能 5. 已知灯泡额定电压为220v，额定电流为1A，求灯泡电阻、额定功率、正常工作1分钟所消耗的电能 6. 已知灯泡电阻为484Ω，额定电流为1A，求额定功率、额定电压、正常工作1小时所消耗的电能 7. 已知灯泡额定电压为220v，正常工作50s所消耗的电能为11000J,求额定功率、电阻、额定电流 8. 已知灯泡正常工作50s所消耗的电能为22000J，额定电流为2A，求额定功率、额定电压、电阻 9. 已知灯泡正常工作10s所消耗的电能为2200J，电阻为220Ω，求额定功率、额定电压、额定电流 10.现有两个灯泡A、B,铭牌分别为PZ220-40,PZ110-40,串联在220v的电路上，能否正常工作？较亮的是哪个灯泡？若使其中一个灯泡正常工作，电路两端允许的最大电压是？ 11.现有两个灯泡A、B,规格分别为5Ω，45w和10Ω，40w,如果并联在电路中，电路两端允许的最大电压和最大电流是？此时两个灯泡实际电功率是多少？总功率是？ 12.绿色生态理念要求人们注重环保节能。如图是额定功率为5W的LED灯与60W的白炽灯，LED灯直接把电转化为光，白炽灯由灯丝通电加热发光，正常工作时，它们亮度相同。 （1）使用________灯照明更符合绿色生态理念。 （2）两灯都正常工作时，相等时间内通过LED灯和白炽灯的电流所做的功之比为________。 13.华为公司推出5G折叠屏MateXs手机，该款手机屏幕可向外折叠、可弯曲。请完成下列问题： （1）在同一家庭电路中，该手机充电时，与正在烧水的电水壶的连接方式是________(填“串联”或“并联”) ； （2）该手机采用双电池结构，电池总容量可达4500mA·h，电池的总电压为4伏，则电池充满电后储存的电能为________焦。 14.市场上有一种磁吸式手机充电线(如图)，能通过磁铁公母对吸方式达到接通充电效果的充电线。在它的上面固定有磁铁，另一端固定有易磁化的物质，只要将两端靠近，就可以达到对吸充电。 （1）在磁吸式充电线的另一端固定的物质可能是________ (选填“铜”、“铁镍合金”或“铝”)。 （2）某手机的充电器上标有“5V，2.1A”， 表示充电电压是5V，最大输出电流2.1A。用该充电器 对某手机锂电池进行充电3小时，则锂电池获得的电能是________焦。 （3）目前市场上有两种不同的充电器：A“5V，2.1A”和B“5V，4.5A”。资料表明，最大输出电流越大，锂电池的充电时间越短；影响锂电池的使用寿命是电池发热。你将选择哪种充电器，并说明理由。________ 。 综合练习 1.有两个灯泡，L1标有“6V  3W”的字样，L2没有标记，测得L2电阻为6Ω，把它们串联在电路中，两灯均正常发光，那么该电路两端电压和L2的电功率分别是（    ） A.9V，3W  B.9V，1.5W  C.12V，3W  D.12V，1.5W 2.小明利用图甲所示电路测量额定电压为2.5伏的小灯泡的电功率。当他观察到电压表的示数如乙图所示。要测量其额定功率，接下来他的操作应是(    ) A.眼睛注视电压表，将滑动变阻器的滑片向左移动 B.眼睛注视电压表，将滑动变阻器的滑片向右移动 C.眼睛注视电流表，将滑动变阻器的滑片向左移动 D.眼睛注视电流表，将滑动变阻器的滑片向右移动 3.小东同学用如图所示电路，测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（   ） A.闭合开关前，滑片P应滑到B端 B.闭合开关后，小灯泡不发光，可能是小灯泡灯丝断了 C.当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率 D.由实验得知，小灯泡的额定功率越大，小灯泡越亮 4.某同学利用如图所示电路,测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率,下列说法错误的是(     ) A.闭合开关前,滑片P应滑到B端 B.闭合开关后,小灯泡不发光,一定是小灯泡灯丝断了 C.当电压表示数为2.5V时,测出通过小灯泡的电流,可算出小灯泡的额定功率 D.实验还可得知,小灯泡的实际功率越大,小灯泡越亮 5.小科在“测量小灯泡的额定功率”实验中，所用小灯泡上标有“2.5V”字样。小科连接了如图甲所示的电路。 （1）小科完成了电路连接、在闭合开关前，应该进行的操作是：________。 （2）小科完成上述操作后，闭合开关，观察不到小灯泡发亮，但电流表、电压表均有示数，可能的原因是：________。 （3）小科移动滑片P，记录了多组数据，并作出如图乙所示的I﹣U图象。根据图象可知小灯泡的额定功率为________瓦。 6.小明做“测定小灯泡的额定功率”实验时，已知灯泡的额定电压是3.8V，其中电源电压6V保持不变，灯丝电阻大于10Ω，滑动变阻器上标有“10Ω，1A”字样。如图是测定灯泡额定功率的电路。 （1）完成图中电路元件实物的连接(注意导线不能交叉)。 （2）小明按图连接电路并闭合开关后，发现灯泡不亮，电流表有示数，但电压表无示数，则故障的原因可能是        ； A.滑动变阻器断路 B.电压表与灯接触不良 C.滑动变阻器短路 D.小灯泡短路。 （3）在排除故障后，灯泡正常发光，此时电流表示数如图，则灯泡的额定功率是________； （4）若实验时，上述电路中仅电压表上标有“15V”的接线柱已损坏，且暂无条件修复。在不更换器材的情况下为了能继续完成实验，你的方法是________。 7.额定电压是 2.5 V 的小灯泡，其正常工作时电阻约 10 Ω。小明想测定这个小灯泡的额定功率，实验室中有如下器材：电流表、电压表、开关各一个，三个规格分别为 A：“5 Ω 1 A”，B：“20 Ω 0.5 A”，C：“1 kΩ 1 A”的滑动变阻器，导线若干，电源（电压为 6 V）。 （1）小明设计了如图甲所示电路图，通过分析你认为小明应选用规格为________(填“A”、“B”或“C”)的滑动变阻器。 （2）图乙已连接了部分电路。请你根据图甲电路图，用笔画线代替导线，将电路连接完整。 （3）小明排除故障后，继续实验。当电压表的示数为 2.5 V 时，电流表的示数如图丙所示，小灯泡的额定功率是________W。 8.如图所示，在测量小灯泡电功率的实验中，已知小灯泡的额定电压为2.5V，电源为两节新干电池。 （1）实验原理　 _____________________ 　； （2）正确连接电路并测量，得到如下数据： 实验序号 1 2 3 4 5 电压U/V 0.5 1.3 2.1 2.5 2.9 电流I/A 0.16 0.22 0.26 0.28 0.30 发光情况 不发光 较暗 较亮 正常发光 强烈发光 在第1组数据中，电压表和电流表虽然都有示数，却观察到灯泡不发光，主要原因是：　 　；由表格中的数据，计算出小灯泡的额定电功率P额＝　 　W； （3）下表是实验过程中出现的不正常现象及检测结果，请分析导致该现象的可能原因，从下列选项中选择一个原因，并将前面的字母填入表格。 A．小灯泡灯丝断了 B．滑动变阻器断路 C．滑动变阻器下面两个接线柱接入电路 现象 检测 原因 灯泡不亮，两表的示数均较小 移动滑片，灯泡仍不亮，两表的示数均不变 ①　 　 灯泡不亮，电压表的示数接近电源电压，电流表几乎无示数 取下灯泡，两表的示数均不变 ②　 　 9.小明想测量标有“3.8V”字样的小灯泡的额定电功率，于是连接了如图所示的实验电路。电源电压6伏恒定不变，滑动变阻器规格为“50Ω 1A”。 （1）用笔画线代替导线，将电路连接完整。 （2）正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮。小明观察到两电表的示数情况是　 　，由此判断故障是小灯泡断路。 （3）排除故障后，小明进行了正确操作，观察到的现象和测得的数据如下： 实验次数 1 2 3 4 5 发光情况 很暗 较暗 较亮 亮 很亮 电压U/V 1 2 3 3.8 4.5 电流I/A 0.20 0.22 0.25 0.30 0.34 由表中数据可得，小灯泡的额定功率是　 W；根据表格中的数据你还可得出的结论是 （写出一点）。 （4）小明根据表中数据，计算了各次实验的灯丝电阻，分析后认为，闭合开关前灯丝的阻值小于5欧姆，小明的理由是　 　。 10. 小明和小红做“测最小灯泡的功率”实验，实验目的是测量小灯泡的额定功率和实际功率，器材有：电压恒为4.5V的电源、额定电压为3.8V的小灯泡、滑动变阻器(20Ω2A)、电压表、电流表、开关各一个，导线若干。 （1）小明连接了如图甲所示的电路，准备将电压表接在小灯泡两端，电压表的表盘如图乙所示，小红认为这样连按电压表不要，不够精确，理由是：________。 （2）小明和小红讨论后，选择0-3V的量程，将电压表接进电路，请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。 （3）按上述(2)正确连接好电路后，他们采用合理的操作方式，闭合开关，移动滑片P，读出电压表，电流表的示数，观察小灯泡的亮度变化。记录在下表中。 电压表的示数U/V 2.0 2.5 2.3 1.7 0.7 0.5 0 电流表的示数I/A 0.20 0.22 0.24 0.26 0.31 0.34 ▲ 小灯泡的亮度 逐渐变亮 ①为达成实验目的，请将表格中的栏目补充完整：________ 。 ②当电压：表示数为0.7V时，电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为________ W。 ③把这样的两个灯泡串联在电压为5V的电路中，根据小明的实验，电路的总功率为________W。 拓展提高 电功率的特殊测定 电功率的表达式给出了一种测量额定功率的方法，叫伏安法。但是缺少电流表或电压表的情况下就需要通过特殊方法来进行测量，大致将测量方法分为伏阻法、安阻法、替代法等。 缺电流表设计思路： 缺电压表设计思路 经典例题 1．在“测量小灯泡的电功率”实验中，实验器材有：电池组（恒为3V）、电流表、电压表、小灯泡（额定电压2.5V，电阻约10欧姆）、滑动变阻器、开关、导线若干。 （1）某小组测量小灯泡的电功率的实物如图甲所示，请用笔画线代替导线，将图甲的实物图连接完整，要求滑动变阻器滑片P向右滑动时小灯泡变暗； （2）连接好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，发现小灯泡不亮，电压表示数近似等于3V，电流表示数几乎为零，电路故障可能是　 　； （3）排除故障后进行实验，实验数据如表格所示，则小灯泡额定功率是　 　W。 小灯泡的规格 电压表示数U/V 电流表示数I/A 小灯泡亮度 U额＝2.5V 1.5 0.20 较暗 2.5 0.25 正常 3.0 0.28 较亮 （4）另一小组测量的是额定电压为2V的特殊小灯泡的额定功率，实验中他们发现电压表出现了故障不能使用，于是设计了如图乙所示的电路，也能测量该小灯泡的额定功率，其中已知定值电阻R0＝5Ω，测量方法：先闭合开关S和S1，调节滑动变阻器，使电流表的示数为　 A，然后将S1断开，S2闭合，此时电流表的示数为0.55A，则该小灯泡的额定功率P额＝　 　W。 2．某班同学在实验室做“测定小灯泡额定电功率”的分组实验。 实验老师提供给各小组的实验器材如下：规格为“3.8V”的小灯泡、学生电源（电压恒为6V）、电流表（0～0.6A，0～3A）、电压表（0～3V，0～15V）、滑动变阻器（“20Ω 1A”）、开关各一只，导线若干。 （1）小金组按图甲正确连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表的示数为3.8伏时，小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为　 　瓦。 （2）小丽组同学发现，实验桌上的电压表0～15V的量程已损坏，其它器材完好。他们经讨论后认为，用该电压表0～3V的量程，通过改变电压表的连接位置也能测出小灯泡的额定功率。他们的实验操作步骤如下： 步骤一：按图甲电路先将电压表（0～3V）接在小灯泡两端，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为3伏。断开开关，拆下电压表； 步骤二：保持滑动变阻器的滑片位置不变，再将该电压表接在　 　两端； 步骤三：闭合开关，将滑动变阻器的滑片向　 　（填“左”或“右”）移动，直到电压表示数为 　伏，读出此时电流表的示数，算出小灯泡的额定电功率。 3．在测量小灯泡电功率的实验中，已知灯泡额定电压U额＝2.5V，电源电压保持不变。 （1）用笔画线代替导线把甲图电路连接完整。 （2）调节滑动变阻器，使小灯泡正常发光，则可根据此时电流表示数（图乙）算出小灯泡的额定功率是 　W。 （3）如果没有电压表，用如图丙所示电路也可测小灯泡的额定功率，其中，定值电阻的阻值为R0．先断开开关S2，闭合开关S、S1调节滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为；再保持变阻器滑片的位置不变，只断开开关　　、闭合其他开关，读出电流表示数为I，灯泡额定功率的表达式为P额＝　 　（用R0、U额、I的代数式表示）。 4.测定小灯泡额定功率的实验中（所用灯泡的额定电压U0＝3.8V），小强小组设计了另一种实验方案（其中电源电压未知，电阻R的阻值已知）。具体步骤如下： ①按如图所示的电路图连接好电路； ②开关S拨到位置1，移动滑片P至任一位置，读出电流表示数I1； ③开关S拨到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I2，先算出灯泡的电阻RL＝　　 （请你用所测的物理量表示），再根据P0，计算灯泡的额定功率。 他们按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，原因是 　 　。仔细分析后，他们认为要准确测出灯泡的额定功率，只需将上述步骤2改为 　 　。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$