15.2电功率 第3课时 专题二特殊法测小灯泡的额定功率 2024-2025学年苏科版物理九年级下学期

15.2.3专题二特殊法测小灯泡的额定功率 知识点一 特殊法测小灯泡的额定功率 1．小灯泡的额定电压已知、定值电阻R0的阻值已知，小明设计了四种不同的方案打算测量小灯泡的额定功率，在电路不能重新拆接的条件下，其中不能够测出小灯泡额定功率的是（　　） A． B． C． D． 2．在“测量小灯泡的电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为“2.5V”，正常发光时的电阻约为8Ω 。 （1）在图甲中，有一根导线未连接，请用笔画线代替导线将电路连接完整；( ) （2）闭合前，滑动变阻器的滑片应打在 （A/B）端，开关闭合后，小灯泡不亮，电流表没有示数，电压表有较大的示数，经检查，导线连接完好，则电路故障可能是小灯泡发生了 （短路/断路）；     （3）移动滑片 P 到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为 V；此时要测量小灯泡的额定功率，应将滑片 P 向 （左/右）端移动；     （4）移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I-U图像，由图像可计算出小灯泡的额定功率是 W。     （5）完成上述测量后，不用电压表，用如图丁所示的电路也可测量已知额定电流的小灯泡的额定功率，已知小灯泡的额定电流为 I额， 定值电阻的阻值为 R0， 实验步骤如下，请补充完整：   ①闭合开关 S、S2，断开开关 S1，调节滑动变阻器， ； ②闭合开关 S、S1，断开开关 S2，保持滑动变阻器滑片位置不变，记录下此时电流表的示数为I； ③小灯泡的额定功率的表达式为 P额= 。 3．如图甲，在测定“小灯泡电功率”中，选用的小灯泡额定电压为2.5V，电阻约为10Ω。 （1）实验过程中，当电压表示数为1.8V时，为了测量小灯泡的额定功率，需将滑片向C端移动，眼睛注意观察 （选填“电压表”、“电流表”或“小灯泡”）； （2）根据测量的数据绘制成I—U图像（如图乙），得出小灯泡的额定功率为 W； （3）另一组同学小红在只有一个电流表的情况下，设计如图丙所示电路，也测出了额定电压为U额的另一个小灯泡的额定功率，R0为定值电阻（阻值R0），R1为滑动变阻器（最大阻值未知）； ①请在虚框内填入电流表、开关S1、灯泡的元件符号 ； ②闭合S和S1，断开S2，调节R1的滑片P，使电流表示数为 ； ③闭合S和S2，断开S1，保持滑动变阻器滑片P的位置不变，读出电流表示数I1； ④小灯泡的额定功率P额= （用U额、R0、I1表示）。 4．小红用图1所示的电路来测量小灯泡的电功率（部分器材的规格已标明）。 （1）图1中有一根导线连接错误，请在这根线上打“×”，并在图中改正； （2）闭合开关前，滑片应置于滑动变阻器电阻线的最 （选填“左”或“右”）端； （3）实验完毕后，绘制出的电流与电压关系图线如图2所示，则小灯泡L的额定功率为 W，在调节变阻器滑片的过程中，灯泡L消耗电功率的最小值是 W； （4）小明设计了如图3所示的电路也完成了该实验。 （a）他的测量步骤如下： ①只闭合开关S和 ，移动滑动变阻器R的滑片，使电压表的示数为U额=9V； ②只闭合开关S和 ，仅调节电阻箱，使电压表的示数仍为U额，此时电阻箱接入电路的阻值为R0； ③则小灯泡L额定功率的表达式P额= ；（用U额、R0、R中的部分字母表示）． （b）若在第②步中，小袁无意中将滑动变阻器R的滑片P向左移动少许，则他测得小灯泡L的额定功率将偏 . 5．某小组用“伏安法”测小灯泡额定功率，已知小灯泡额定电压为2.5V。若此实验中只有一只电表坏了，为了测出小灯泡的额定功率，小组同学们增加一个阻值为25Ω的定值电阻R0，只利用一只电表，通过操作图中单刀双掷开关（单刀双掷开关分别接“a”、“b”各一次）测量小灯泡的额定电功率，图甲、图乙是他设计的两种不同方案的电路图，则以下判断正确的是（　　） A．两种方案都能 B．两种方案都不能 C．甲方案能，乙方案不能 D．甲方案不能，乙方案能 6．小明和小华利用电源、开关、标有“3.8V”的小灯泡等器材进行实验探究。 　　 （1）小明连接了如图甲所示电路，测量小灯泡正常发光时的电阻； ①电路连接有一处错误，请你在接错的那根导线上打“×”，并另画一根导线，使电路连接正确； ②同组的小华发现小明所选的器材不能完成此实验，其原因是 ； ③小明重新选择合理器材，将电路改接正确后闭合开关，调节滑动变阻器，使灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则灯泡正常发光时的电阻是 Ω； ④小明还利用该电路探究“电流与电压”的关系，测量了小灯泡在不同电压下的电流，并根据所测的数据绘制了小灯泡的电流与电压关系图像，如图丙所示，该实验 （选填“能够”或“不能够”）达成实验目的，原因是 ； （2）小华设计了如图丁所示电路，测量该小灯泡的额定功率；已知电源电压为U，定值电阻的阻值为R0；请帮小华将实验步骤补充完整： ①只闭合开关S、S1，调节滑动变阻器R1，当电压表示数为 时，小灯泡正常发光； ②只闭合开关 ，滑动变阻器R1的滑片保持不动，记下电压表示数为U1； ③则小灯泡额定功率的表达式为：P额= 。 7．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，小灯泡的额定电压为2.8V，额定功率约为0.8W，电源电压恒为6V，有两个规格不同的滑动变阻器，分别为“10；1A”、“15；0.5A”。 （1）图甲是小明连接的实物图，闭合开关后，移动滑动变阻器滑片，发现灯泡不亮，经检查是有一根导线接错，请你在图甲中连接错误的导线上打“×”，并补画出正确的连线； （2）改正错误后，闭合开关，发现电流表示数几乎为零，电压表示数接近6V，则电路中发生的故障可能是 ； （3）排除故障后，闭合开关并移动滑动变阻器滑片，当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，该灯泡的额定功率为 W，实验应选用规格为 的滑动变阻器； （4）调节滑动变阻器，让小灯泡逐渐变暗，这段时间内，若小灯泡电阻变化量的绝对值是∆R1，滑动变阻器接入电路的电阻变化量的绝对值是∆R2，则∆R1 ∆R2（选填“大于”、“等于”或“小于”）； （5）在没有电流表的情况下，小明增加了一个定值电阻R0，利用剩余器材设计图丙电路测量该小灯泡的额定功率，他进行了以下操作，请你完善填空： ①闭合S、S1，断开S2，调节滑动变阻器，使电压表的示数为 V； ②闭合S、S2，断开S1，滑动变阻器接入电路的阻值不变，读出此时电压表示数，记为U0； ③电源电压仍为6V，请你用字母R0、U0表示小灯泡的额定功率P＝ 。 8．某小灯泡的额定电流为0.3A，图（a）是小明测量该灯泡功率的电路。 （1）请用笔画线代替导线，将滑动变阻器连入电路，使滑片向右移动时，灯泡变暗 ； （2）闭合开关进行实验时，发现电流表无示数，电压表有较大示数，则可能的电路故障为 ； （3）小明排除故障后，将滑片移至某处时，两电表的示数如图（b）和图（c）所示，此时小灯泡的功率为 W； （4）为测量该小灯泡的额定功率，小红设计了图（d）所示实验电路，所用电源电压恒定，R1、R2均为电阻箱（0～999.9Ω）；实验步骤如下： 第1步：仅闭合S1，R2调至5Ω时，电流表的示数为0.3A； 第2步：仅闭合S2，R1、R2分别调至6Ω和9Ω时，电流表的示数为0.3A； 则小灯泡正常发光时的电阻为 Ω，额定功率为 W； （5）小红对图（d）电路及操作进行了下列调整，其中仍能完成测量的有 ； A．将R1换成导线          B．将R2换成导线          C．将R1换成阻值为20Ω的定值电阻 （6）完成上述实验后，另有同学设计了如图（e）所示的电路，也测出了额定电流为I额的小灯泡的额定功率。电源电压不变（大小未知），滑动变阻器R1的最大阻值为R，实验方案如下： ①按电路图连接电路； ②只闭合开关S1，移动R1的滑片，使电流表的示数为I额，灯泡正常发光； ③只闭合开关S2，保持R1的滑片位置不动，移动R2的滑片，使电流表的示数为I额； ④保持R2的滑片位置不动，将R1的滑片移到最左端，电流表的示数为I1，再将R1的滑片移到最右端，电流表的示数为I2； ⑤小灯泡额定功率的表达式为P额＝ （用I额、I1、I2、R表示）。 15.2.3专题二特殊法测小灯泡的额定功率 参考答案 题号 1 5 答案 B B 1．B 【详解】A．电压表测灯的电压，通过移动变阻器的滑片，当灯的电压为额定电压时，用电流表测出灯的电流，根据 P＝UI 可求出灯的额定功率，故A不合题意； B．图中只有电流表，通过开关的转换，定值电阻与灯分别与变阻器串联，无法确定灯是否正常发光，故不能求出灯的额定功率，故B符合题意； C．只闭合S、S1，电压表测灯的电压，移动变阻器的滑片，使电压表示数为U额，则灯正常发光；保持滑片位置不动，断开合S1，闭合S2，记下电压表的示数U1，此时电压表测R0与灯串联的电压，因电路的连接没有改变，各电阻的大小和电压没有改变，灯仍正常发光，由串联电路电压的规律，R0的电压为 U0＝U1﹣U额 通过R0的电流，即灯的额定电流为 根据 P＝UI 可求灯的额定功率；故C不合题意； D．只闭合S、S2，R0与电流表串联后再与灯并联，通过移动变阻器的滑片使电流表示数为时，由欧姆定律和并联电路电压的规律，灯的电压为U额，灯正常发光；保持滑片位置不变，只闭合S、S1，使电流表测灯与R0并联的总电流，因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，根据并联电路电流的规律求出灯的额定电流，根据 P＝UI 可得出灯的额定功率；故D不合题意。 故选B。 2． A 断路 2.2 右 0.75 使电流表的示数为I额 【详解】（1）[1]灯泡正常发光时的电流约为 所以电流表选用小量程，电流从正接线柱流入，从负接线柱流出，如下图所示： （2）[2]闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，即将滑动变阻器的滑片应放在A端。 [3]小灯泡不亮，电流表没有示数，说明电路断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连部分完好，因此电路故障可能是灯泡断路。 （3）[4][5]灯在额定电压下正常发光，由图乙知电压表使用0~3V量程，分度值为0.1V，示数为2.2V，小于灯的额定电压2.5V，要测量小灯泡的额定功率，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向右移动，直到电压表示数为额定电压2.5V。 （4）[6]由图丙知，灯泡在额定电压2.5V时的电流为0.3A，灯泡的额定功率 P=ULIL=2.5V×0.3A=0.75W （5）①[7]闭合开关S、S2，断开开关S1，L、R0并联，电流表测通过L的电流，调节滑动变阻器R的滑片P，使电流表示数为I额，此时灯泡正常发光。 ③[8]在②中，电路的连接方式没有发生改变，电流表测干路电流，根据并联电路电流的规律，定值电阻R0的电流为 I0=I-I额 由欧姆定律，定值电阻R0的电压为 由并联电路电压特点知，灯泡两端的电压等于定值电阻的电压，所以灯泡的额定电压功率为 3． 电压表 0.625 【详解】（1）[1]灯在额定电压下正常发光，示数为1.8V小于灯的额定电压2.5V，应增大灯泡两端的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器两端的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故需将滑片向C端移动，眼睛注意观察电压表示数，直到电压表示数为额定电压。 （2）[2]由图乙所示I—U图像可知，灯泡两端的电压等于额定电压2.5V时，通过灯泡的电流等于0.25A，则灯泡的额定功率 P=UI=2.5V×0.25A=0.625W （3）[3]由于没有电压表，所以电阻与电流表一起来测量电压，故灯泡与电阻并联，电流表与定值电阻串联，即右上填灯泡，左下填电流表，左上填开关S1，如下图所示： [4]闭合S和S1，断开S2，灯泡与R0并联，电流表测量通过的R0电流，由于当灯泡正常发光时，灯泡两端的电压为额定电压U额；则调节R1的滑片P，使电流表示数 [5]闭合S和S2，断开S1，灯泡与R0并联，电流表测量通过的干路中的电流，保持滑动变阻器滑片P的位置不变，读出电流表示数为I1，电流表测灯与定值电阻的总电流，因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和通过的电流不变，灯仍正常发光，根据并联电路干路电流等于各支路电流之和可知此时灯的额定电流 则小灯泡的额定功率 4． 右 13.5 0.75 S2 S1 大 【详解】（1）[1]由图可知，变阻器与电流表串联后与灯并联，电压表串联在电路中，是错误的，电流表应与灯串联，变阻器与灯串联，电压表与灯并联，如下图所示： （2）[2]为了保护电路，开关闭合前，滑动变阻器的滑片应位于阻值最大处，即最右端。 （3）[3]由图2可知，当小灯泡两端的电压为9V时，小灯泡的电流为1.5A，则灯泡的额定功率 P=UI=9V×1.5A=13.5W [4]由图1电路图可知，R与L串联，当滑动变阻器连入电路的电阻最大时，电流最小，灯泡L消耗电功率的最小，变阻器接入的最大阻值R=12Ω；由图1可知，电源电压是10V，由串联电路的电压特点和欧姆定律可得，电源电压 U=UL′+IR 即 10V=UL′+I×12Ω 结合图像可知，当电路中的电流为0.75A，此时灯泡两端电压为1V，满足上述等式。则灯泡的最小功率 PL最小=UL′I=1V×0.75A=0.75W （4）①[5]先闭合开关S、S2，调节滑动变阻器R的滑片，使电压表的示数为U额。 ②[6]只闭合开关S、S1，调节电阻箱，使电压表的示数仍为U额，读出电阻箱此时连入电路的阻值为R0。 ③[7]利用等效替代的方法，此时 R0=RL 则小灯泡L额定功率 （5）[8]在第②步中，若无意中将滑动变阻器的滑片P向左移动少许，则变阻器连入电路中的电阻变小，根据串联电路的分压原理 不变，R滑变小，则R箱也相应变小，即他测得灯的阻值将变小，由可知，测得小灯泡的额定功率将偏大。 5．B 【详解】开关分别接" a "、“b "各一次，a图，无论开关接a还是接b都无法得知小灯泡是否正常发，此方案不能测定小灯泡的额定电功率；b中，R0、小灯泡、变阻器三者串联， S接a时，电压表测定值电阻的电压，当开关接 b 时测量灯和定值电阻的总电压，不能通过调节滑动变阻器使灯泡两端的电压为2.5V，所以此方案不能测出小灯的额定电功率。 故选B。 6． 电源电压小于3.8V 10 不能够 灯丝的电阻随温度升高而增大 S、S2 【详解】（1）[1]滑动变阻器、电流表、小灯泡应串联在电路中，电压表测小灯泡两端电压，应并联在灯两端，修改如图所示 [2]电源为两节干电池串联，电源电压为3V，小于灯的额定电压3.8V，故选的器材不能完成此实验。 [3]由图乙可知，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流表读数I=0.38A，则小灯泡正常发光时的电阻是 [4][5]根据所测的数据绘制了小灯泡的I-U图像，如图丙所示，根据图像可知电流与电压并不成正比，原因是灯丝的电阻随温度升高而增大，根据控制变量法可知，探究“电流与电压”的关系需要控制电阻不变，所以用小灯泡不能完成该探究实验。 （2）[6]只闭合开关S、S1，此时电压表测定值电阻和滑动变阻器的总电压U01，由串联电路电压特点可知 当小灯泡正常发光时，其两端电压为3.8V，此时电压表示数为 [7]只闭合开关S、S2，此时电压表测定值电阻R0两端电压，大小为U1，滑动变阻器R1的滑片保持不动，小灯泡两端电压保持不变，小灯泡仍正常发光，此时通过小灯泡的电流大小等于通过定值电阻R0的电流大小。 [8]小灯泡正常发光时，其两端电压，通过小灯泡的电流 根据可知，小灯泡的额定功率 7． 断路（或接触不良） 0.84 “15；0.5A” 小于 2.8 【详解】（1）[1]原电路中，电流表与灯并联后与电压表串联在电路中是错误，电流表应与灯串联，电压表应与灯并联，如下图所示 （2）[2]改正错误后，闭合开关，发现电流表示数几乎为零，电路可能断路，电压表示数接近6V，电压表电源连通，则电路中发生的故障可能是灯泡断路。 （3）[3]排除故障后，闭合开关并移动滑动变阻器滑片P，当灯正常发光时，电流表示数如图乙所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，电流为0.3A，该小灯泡的额定功率为 P＝UI＝2.5V×0.3A＝0.75W [4]电源电压恒为6V，由串联电路的规律及欧姆定律，灯正常发光时变阻器连入电路的电阻为 实验中应选用规格为“15；0.5A”的滑动变阻器。 （4）[5]设原来的电流为I1，继续调节滑动变阻器，让小灯泡两端的电压逐渐降低，小灯泡逐渐变暗，此时灯的电压减小，通过灯的电流也减小，所以 I1＞I2 所以 ＞ （U为电源总电压），根据欧姆定律，即 R总2＞R总1 滑片移动后电路的总电阻大于原来的电路总电阻，根据P＝UI灯功率减小，灯丝的温度降低，小灯泡阻值随温度的降低而变小，由电阻的串联规律可知：小灯泡阻值减小的值∆R1小于变阻器连入电路中增大的值∆R2。 （5）[6]根据上面设计的电路可知要测量灯泡的额定功率，就需要通过移动滑动变阻器的滑片P使灯泡两端的电压等于额定电压，即2.8 V。 [7]根据公式P＝UI可知要计算灯泡的额定功率还需要计算出灯泡的额定电流，闭合S、S1，断开S2时，灯泡与滑动变阻器串联，当灯泡两端的电压等于额定电压时，通过滑动变阻器的电流等于通过灯泡的电流，即为额定电流I0，电源电压为6V，滑动变阻器两端电压为 Up=6V－2.8V＝3.2V 此时灯泡正常工作时电路中电流为 闭合S、S2，断开S1，滑动变阻器接入电路的阻值不变，此时滑动变阻器与R0串联，且滑动变阻器的阻值为，电源电压为6V，电压表测电阻R0两端的电压，且电压表示数为U0，电路中的电流 滑动变阻器的电阻 通过灯泡的额定电流 灯泡的额定功率为 8． 小灯泡断路 0.36 10 0.9 A 【详解】（1）[1]滑片向右移动时，灯泡变暗，说明滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，所以滑动变阻器左下接线柱接入电路，如图所示 （2）[2]闭合开关进行实验时，发现电流表无示数，说明故障可能是电路存在断路或电流表短路；电压表有较大示数，说明故障可能是与电压表并联的支路断路，从而导致电压表串联在电路中测量电源电压；由以上分析可知，可能的电路故障为小灯泡断路。 （3）[3]图（b）中电压表选用0～3V量程，分度值为0.1V，示数为1.5V；图（c）中电流表选用0～0.6A量程，分度值为0.02A，示数为0.24A；小灯泡的功率为 P=UI=1.5V×0.24A=0.36W （4）[3][4]在第1步实验中，仅闭合S1，R2调至5Ω时，R2与灯L串联，电路中的电流为0.3A，即通过小灯泡的电流 IL＝I额＝0.3A 小灯泡正常发光，电路中的总电阻为 R总＝R2+RL 在第2步实验中，仅闭合S2，R1与R2串联，当电路中的电流仍为0.3A时，电路中的总电阻为 R总′＝R2′+R1 由欧姆定律可知，在电源电压恒定时，若两次电路中的电流相等，则两次电路的总电阻相等，即 R总＝R总′ 由此可得 5Ω+RL＝9Ω+6Ω 则小灯泡正常发光时的电阻为 RL＝10Ω 小灯泡的额定功率为 （5）[5] A．将R1换成导线，仅闭合S1，电路连接跟原来一样，可使灯泡正常发光；仅闭合S2，可将R2调至15Ω使电路中电流为0.3A，可测量出灯泡正常发光时的电阻，故A符合题意； B．将R2换成导线，仅闭合S1，无法使小灯泡正常发光，故B不符合题意； C．将R1换成阻值为20Ω的定值电阻，仅闭合S2，R1与R2串联，根据串联电路电阻特点可知，无论如何调节R2都无法使电路的总电阻等于15Ω，故C不符合题意。 （6）[6]由步骤②可知，通过灯泡的电流为额定电流，所以灯泡正常发光； 由步骤②③可知，两次电路中电流相同，电源电压不变，由欧姆定律可知电路的总电阻相同，R1接入电路的电阻不变，所以灯泡正常发光时的电阻等于此时滑动变阻器R2接入电路的电阻，此处采用了等效替代法； 步骤④中，电源电压不变，由串联电路特点和欧姆定律可得 解得 灯泡正常发光时的电阻为 小灯泡额定功率的表达式为 1 学科网（北京）股份有限公司 $$