专题41 测量小灯泡的电功率【三大题型】-2025年中考物理二轮复习重难点题型分类汇编与专项突破(全国通用)
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内容正文:
专题41 测量小灯泡的电功率【三大题型】
【题型一 伏安法测电功率】
1.(2024•北京中考)某同学进行了如下实验:
(1)用图甲所示的电路测量额定电压为2.5V的小灯泡L1的额定功率,电源两端电压保持不变。
①闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应放置在 端。
②闭合开关,应 以确定小灯泡L1正常发光,此时电流表示数如图乙所示,则L1的额定功率P1= W。
(2)该同学想比较另一个额定电压为2.5V的小灯泡L2的额定功率P2与P1的大小关系,他断开开关,保持滑动变阻器滑片位置不变,将L1替换为L2,闭合开关后,发现电压表示数为2.3V。依据上述现象,可推断出
P1 P2(选填“>”、“=”或“<”),他继续完成了P2的测量后,验证了推断。
2.(2024•上海中考)物理兴趣小组的同学小徐和小王做“测定小灯泡的电功率”实验,现有电源(电源电压未知且不变)、滑动变阻器两个,分别标有A“5Ω 3A”B“20Ω 2A”字样,待测小灯泡(标有“2.5V”字样)、电流表、电压表、开关及导线若干。小徐选取其中一个变阻器进行实验,将电流表串联在电路中,将电压表并联在待测小灯泡两端,将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处;闭合开关S后,此时电压表如图所示,他发现无法继续实验。小王选取另一个变阻器进行实验,并将电压表并联在电路中某处;移动滑片,进行实验,记录数据如下表,并用其中一组数据成功计算出小灯泡的额定电功率。
物理量 / 实验序号
电压表示数(伏)
电流表示数(安)
1
3.0
0.22
2
2.0
0.28
3
1.5
0.30
①测定小灯泡电功率的实验原理是 。
②请通过以上信息判断,小王同学所选滑动变阻器规格为 ,电压表并联在 两端
(选填“电源”或“待测小灯泡”或“滑动变阻器”)。
③请根据相关信息计算出小灯泡的额定功率P额。(需写出主要推理和计算过程)
3.(2024•牡丹江中考)小江发现家里不同房间的灯亮度不同,猜想可能是与灯泡的电功率有关。他找来若干节新干电池、开关、滑动变阻器、电流表、电压表、同一规格的导线若干,测量额定电压为2.5V小灯泡的功率。
(1)小江选择两节新干电池进行实验,连接的实物电路如图甲所示,请在方框内画出对应的电路图。
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2V,读出电流表示数,将数据记入表格。继续移动滑片,即使将滑片移动到阻值最小的位置,小灯泡两端电压也无法达到2.5V,解决的办法是 。
(3)问题解决后,移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压达到2.5V。如图乙所示,此时电流表的示数为
A,小灯泡的额定功率为 W。
(4)继续移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压为2.9V,读出电流表示数,将数据记入表格。如表所示,小江设计的表格不足之处是 。
实验次数
灯泡两端电压U
通过灯泡的电流I
灯泡的电功率P
发光情况
1
2
0.26
0.52
较暗
2
2.5
正常发光
3
2.9
0.32
0.93
较亮
(5)实验表明小灯泡的亮度由 决定。
4.(2024•自贡中考)在“测量小灯泡额定功率”的实验中,小刚同学用一个电压表、一个电流表、一个开关、一个滑动变阻器、电压为4.5V的电源和额定电压为2.5V的小灯泡,设计了如图甲所示的电路。
(1)实验中需要依据如图甲所示的电路图,将如图乙所示器材进行连线,请用笔画线代替导线,将如图乙所示电路连接完整。
(2)正确连接好电路后,闭合开关,当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表示数 (选填“变大”“变小”或“不变”)。当电压表的示数为 V时小灯泡正常发光,此时电流表指针如图丙所示,
其示数为 A,小灯泡的额定功率为 W。若小灯泡两端的实际电压为2.3V,则小灯泡的实际功率 (选填“大于”“等于”或“小于”)额定功率。
(3)小王同学也按如图甲所示电路图连接电路,当连接最后一根导线时,灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭。请你指出导致此现象可能的原因: 。
【题型二 缺少电流表测电功率】
5.(2024•绵阳中考)用如图甲所示的实验电路来测量小灯泡的额定功率。已知电源电压恒定,R1是滑动变阻器,R2是阻值为1Ω的定值电阻,小灯泡通过的电流为0.3A时正常发光。
(1)连接电路,在闭合开关S1前,应将R1的滑片移到最 (选填“左”或“右”)端;
(2)闭合开关S1,开关S2接b端,小灯泡不发光,电压表有示数,移动R1的滑片,电压表示数有变化,则电路中的故障是 ;(选填序号)
A.小灯泡短路
B.小灯泡断路
C.定值电阻R2短路
D.定值电阻R2断路
(3)排除故障后,闭合开关S1,将开关S2接b端,移动R1的滑片,使电压表示数达到0.3V;保持R1的滑片位置不变,仅将S2接a端,电压表示数如图乙所示,则电压表的读数为 V;
(4)小灯泡的额定功率P= W。
6.(2024•淄博中考)在“测量小灯泡的电功率”实验中,小灯泡的额定电压为2.5V(正常发光时的电阻约为9Ω)。
(1)图甲是小明连接的电路,请指出不妥之处: 。
(2)重新连好电路,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,进行多次测量,将数据及现象记录在表格中。
实验次数
电压表示数/V
电流表示数/A
小灯泡的实际功率/W
小灯泡亮度
1
0.5
0.16
不亮
2
1.3
0.22
较暗
3
2.1
0.26
较亮
4
2.5
明亮
5
3.0
0.36
耀眼强光
①实验多次测量的目的是 。
②第4次实验时电流表的示数如图乙所示,小灯泡的额定功率为 W;接下来要完成第5次实验,滑片应向 移动。
③通过实验发现,小灯泡两端的电压越大,实际功率 ,小灯泡越亮。
④小聪发现表格中有一个电流数据有误,该数据是 。
(3)完成实验后,小明取一个阻值为R0的定值电阻,设计了如图丙所示的电路,测量小灯泡正常发光时的电阻。请把实验步骤补充完整。
①闭合开关S,移动滑片P,直至电压表示数为 V。
②断开开关S,保持滑片P位置不变, ,再闭合开关,记录电压表示数U'。
小灯泡正常发光时的电阻R= (用所测的量和已知量表示)。
7.(2024•凉山州中考)在“测量小灯泡的功率”实验中,小灯泡额定电压为2.5V,小灯泡正常发光时的电阻约为9Ω,按如图甲所示连接好电路。
(1)连接电路时应断开开关,闭合开关之前滑动变阻器的滑片应移到 (选填“A”或“B”)端;
(2)小明试触时,发现电流表指针偏转如图乙所示,电路连接出现的问题为电流表 (选填答案序号);
A.量程选择过大;
B.量程选择过小;
C.正负接线柱接反;
(3)排除故障后,移动滑动变阻器的滑片到某一位置时电压表示数为2.1V,为了让灯泡正常发光,滑片应向
(选填“A”或“B”)端移动;
(4)移动滑片使灯泡正常发光,电流表示数如图丙所示,灯泡的额定功率为 W;
(5)小明同学通过计算发现在不同功率下灯泡的电阻不同,主要原因是灯泡的电阻受 的影响;
(6)在测量小灯泡电功率拓展实验中,电流表坏了,老师给同学们提供了一个阻值为R0的定值电阻和一个单刀双掷开关,借助部分现有的实验器材,设计了如图丁所示的实验电路图,下面是某同学的实验步骤:
①连接好实验电路,闭合开关S1,将开关S2拨到触点2,移动滑片,使电压表的示数为U额;
②保持滑片的位置不动,再将开关S2拨到触点1,读出电压表的示数为U;
③小灯泡额定功率的表达式P额= (用“U额”“U”和“R0”表示)。
8.(2022•自贡中考)张华同学采用如图甲所示的电路图测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率,电源电压恒为3V。
(1)连接电路时,开关应处于 状态,滑动变阻器的滑片应滑到 (选填“左”或“右”)端;
(2)闭合开关后,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,小灯泡始终不发光且电压表的示数为0,电流表有示数,产生这一现象的原因是 ;
A.小灯泡短路
B.小灯泡断路
C.滑动变阻器短路
D.滑动变阻器断路
(3)排除故障后,继续进行实验,张华移动滑动变阻器的滑片,记录了多组数据,并绘制出了小灯泡的电流随电压变化的图像,如图乙所示,则该小灯泡的额定功率为 W,图像是曲线的主要原因是
;
(4)李英同学设计了另一种方案:不用电流表,但增加了一只阻值已知的定值电阻R0,用图丙所示的电路进行实验,也测量出了该小灯泡的额定功率。具体步骤如下:她闭合开关,调节滑动变阻器滑片,使电压表的示数为小灯泡的额定电压U额;然后保持 不变,将电压表接在“a”处的导线换接到“b”处,读出电压表示数U,利用此方法测量出小灯泡的额定功率表达式P= (用已知和所测量的物理量符号表示)。
【题型三 缺少电压表测电功率】
9.(2023•营口中考)小明和小亮进行“伏安法测电阻”的实验
(1)小明连接好如图甲所示的电路(电源电压恒为3V),开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片移动到变阻器的
(选填“最左端”或“最右端”);实验中滑动变阻器除了保护电路,还有 作用。
(2)闭合开关后,发现无论怎样移动变阻器的滑片,电流表始终没有示数,电压表示数接近电源电压,产生这种现象的原因可能是定值电阻 (选填“短路”或“断路”)。
(3)电路故障排除后,闭合开关,移动变阻器的滑片到某一位置时,电流表的示数如图乙所示,此时的电流为
A;改变变阻器滑片的位置进行多次测量,并根据所测数据绘制的电流与电压关系的图像如图丙所示,则被测电阻的阻值为 Ω,多次测量的目的是 。
(4)小亮利用已知阻值的定值电阻R0和电流表设计了如图丁所示的电路,测量出了小灯泡L(额定电压为U额)的额定功率。
①请在图丁中的虚线框内填入对应的电路元件符号;
②闭合开关S和S1,断开S2,移动变阻器的滑片,使电流表示数为 ;
③闭合开关S和S2,断开S1,保持变阻器滑片的位置不动,读出电流表的示数I;
④小灯泡的额定功率P额= 。(均用物理量符号表示)
10.(2022•遂宁中考)小志同学在“测量小灯泡电功率”实验中,用到的器材有:新干电池两节、小灯泡(标有0.3A)1只、电流表1只、电压表1只、滑动变阻器1只、开关1支,导线若干。
(1)请用笔画线代替导线,在图甲中将实验电路连接完整。(要求滑动变阻器的滑片向右移动时电流表的示数变小)
(2)连接好电路,闭合开关,发现灯不亮,电流表无示数,电压表示数接近3V,造成这一现象的原因可能是
(选填序号)。
①小灯泡短路;
②小灯泡开路;
③滑动变阻器短路;
④滑动变阻器开路。
(3)排除故障,进行实验,当电流表的示数如图乙时,为了测量小灯泡的额定功率,应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“A”或“B”)端移动,当电流表示数达到0.3A时,电压表的示数如图丙,则小灯泡的额定功率为 W。
(4)小刚用相同的器材进行该实验时发现电压表损坏,他找来一只阻值为R0的定值电阻,设计了如图丁所示的电路,也可测出小灯泡的额定功率。主要的操作步骤如下:
①把电流表接在a处,闭合开关,调节滑片P,使电流表的示数为I额;
②保持滑片P的位置不变,断开开关,把电流表接在b处,闭合开关,读出电流表的示数为I;
③计算得出小灯泡的额定功率P额= (用R0、I额、I表示)。
11.(2022•阜新中考)做“测量小灯泡额定功率”的实验(灯泡的额定电压U额=2.5V,灯丝电阻阻值不变)。
(1)连接电路后,闭合开关,若小灯泡较暗,电流表有示数,电压表有示数,调节滑动变阻器的滑片,两表的示数都不变,原因是滑动变阻器接了 两个接线柱。
(2)排除故障后如图甲,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为2.5V时为止,此时电流表的
示数如图乙,则小灯泡的额定电功率为 W。
(3)同组的小月同学设计了一个电路,如图丙,也测出了该小灯泡正常发光时的功率,其中定值电阻的阻值
R=25Ω,正确操作步骤如下:
①只闭合开关S和 ,调节滑动变阻器滑片使电流表示数为I1= A;
②闭合开关S和 ,断开开关 ,保持滑动变阻器滑片位置不动,读出电流表示数为I2;
③小灯泡的额定电功率表达式为P额= 。(用物理量符号表示)
12.(2022•齐齐哈尔中考)小琪同学在做“测量小灯泡的电功率”的实验时,实验器材有:电源(三节新的干电池),额定电压为2.5V的小灯泡、规格不同的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线。图甲是没有连接完整的电路。
(1)请用笔画线代替导线按要求将电路(图甲)连接完整(要求:向左移动滑动变阻器的滑片使电流表示数变大,导线不交叉)。
(2)正确连接电路后,闭合开关,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不亮,且电压表有示数,电流表无示数,则故障原因可能是 。
(3)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某位置,电压表示数如图乙所示,此时电压为
V。若想测量小灯泡的额定功率,应将滑片向 (选填“A”或“B”)端移动,直到电压表的示数为2.5V。
(4)小琪在进行实验数据处理时,计算出了小灯泡的平均电功率(如表),你认为她这样处理数据是
(选填“合理”或“不合理”)的,理由是 。
实验序号
电压U/V
电流I/A
功率P/W
平均功率P/W
1
2.0
0.26
0.52
0.71
2
2.5
0.28
0.70
3
3.0
0.30
0.90
(5)实验提供的滑动变阻器规格为R1“5Ω 2A”、R2“20Ω 1A”、R3“100Ω 0.1A”,小琪选择的是 (选填“R1”、“R2”或“R3”)完成了上述实验。
(6)上述实验完成后,小琪又用阻值已知为R0的定值电阻来测量未知电阻Rx的阻值,实验电路图如图丙所示。由于原电源不符合实验要求,又换用另一电源,电压未知且恒定。电路正确连接后:
①当开关S、S2闭合,S1断开时,电流表示数为I1;
②当开关 闭合, 断开时,电流表示数为I2;
③未知电阻的阻值Rx= (用已知量和测量量的符号表示)。
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专题41 测量小灯泡的电功率【三大题型】
【题型一 伏安法测电功率】
1.(2024•北京中考)某同学进行了如下实验:
(1)用图甲所示的电路测量额定电压为2.5V的小灯泡L1的额定功率,电源两端电压保持不变。
①闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应放置在 A 端。
②闭合开关,应 调节变阻器使电压表示数为2.5V 以确定小灯泡L1正常发光,此时电流表示数如图乙所示,则L1的额定功率P1= 0.75 W。
(2)该同学想比较另一个额定电压为2.5V的小灯泡L2的额定功率P2与P1的大小关系,他断开开关,保持滑动变阻器滑片位置不变,将L1替换为L2,闭合开关后,发现电压表示数为2.3V。依据上述现象,可推断出P1 < P2(选填“>”、“=”或“<”),他继续完成了P2的测量后,验证了推断。
解:(1)①滑动变阻器使用前应将连入电路的阻值调到最大处,由图甲可知,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应放置在A端时,变阻器连入电路的阻值最大;
②小灯泡L1的额定电压为2.5V,闭合开关,应调节变阻器使电压表示数为2.5V,以确定小灯泡L1正常发光,此时电流表示数为0.3A,则L1的额定功率P1=U1I1=2.5V×0.3A=0.75W。
(2)①将L1替换为L2,电压表示数由2.5V降为2.3V,即小灯泡L2两端的电压为2.3V(小于额定电压2.5V),
②电路电源电压不变,根据串联电路电压的规律可知,变阻器两端的电压增加(增加了0.2V),
③又因为变阻器接入电路的阻值不变,根据欧姆定律可知,此时电路中的电流变大,记为I2,
④要使小灯泡L2正常发光,根据串联电路电阻分压的规律可知,滑动变阻器接入电路中的电阻要减小,直至小灯泡L2两端的电压增大为2.5V,此时电路中的总电阻减小,
⑤电路电源电压不变,由欧姆定律可知电路电流增加,记为I3,则有0.3A<I2<I3,
⑥小灯泡L2的额定功率P2=2.5VI3,故:P1<P2。
答案:(1)①A;②调节变阻器使电压表示数为2.5V;0.75;(2)<。
2.(2024•上海中考)物理兴趣小组的同学小徐和小王做“测定小灯泡的电功率”实验,现有电源(电源电压未知且不变)、滑动变阻器两个,分别标有A“5Ω 3A”B“20Ω 2A”字样,待测小灯泡(标有“2.5V”字样)、电流表、电压表、开关及导线若干。小徐选取其中一个变阻器进行实验,将电流表串联在电路中,将电压表并联在待测小灯泡两端,将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处;闭合开关S后,此时电压表如图所示,他发现无法继续实验。小王选取另一个变阻器进行实验,并将电压表并联在电路中某处;移动滑片,进行实验,记录数据如下表,并用其中一组数据成功计算出小灯泡的额定电功率。
物理量 / 实验序号
电压表示数(伏)
电流表示数(安)
1
3.0
0.22
2
2.0
0.28
3
1.5
0.30
①测定小灯泡电功率的实验原理是 P=UI 。
②请通过以上信息判断,小王同学所选滑动变阻器规格为 20Ω 2A ,电压表并联在 滑动变阻器 两端(选填“电源”或“待测小灯泡”或“滑动变阻器”)。
③请根据相关信息计算出小灯泡的额定功率P额。(需写出主要推理和计算过程)
解:①根据P=UI可以算出小灯泡的额定功率,所以测定小灯泡电功率的实验原理是:P=UI;
②由表格数据可知,电压表的示数减小时,电路中的电流变大,则重新连接电路时,电压表并联在滑动变阻器两端;
由表中数据可知,当电路中的电流为0.22A时,滑动变阻器两端的电压为3V,
由欧姆定律可得,实验中变阻器连入电路中的电阻:R滑==≈13.6Ω>5Ω,故选择滑动变阻器B;
③根据以上可知,小徐第一次选取一个变阻器进行实验时,选取的是A变阻器,此时电压表并联在待测小灯泡两端,将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处,闭合开关S后,此时电压表示数为3V,根据欧姆定律,结合滑动变阻器A的铭牌可知此时RA=5Ω;
换变阻器后,分析表中的数据可知,当第3次测量时,电压表示数为1.5V,此时滑动变阻器的阻值为:
RB3=
与第一次使用变阻器A时电阻相同,都是小灯泡与变阻器串联,根据串联电路电压的特点,则电源电压为:
U=U1+UB3=3V+1.5V=4.5V
根据小灯泡的额定电压为2.5V,结合表中的数据可知,当滑动变阻器B的电压为2V时,小灯泡正常工作,
此时电路中的电流为0.28A;根据表格中的数据,则小灯泡的额定功率为:P额=U额I额=2.5V×0.28A=0.7W。
答案:①P=UI;②20Ω 2A;滑动变阻器;③灯泡的额定功率为0.7W。
3.(2024•牡丹江中考)小江发现家里不同房间的灯亮度不同,猜想可能是与灯泡的电功率有关。他找来若干节新干电池、开关、滑动变阻器、电流表、电压表、同一规格的导线若干,测量额定电压为2.5V小灯泡的功率。
(1)小江选择两节新干电池进行实验,连接的实物电路如图甲所示,请在方框内画出对应的电路图。
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,使电压表的示数为2V,读出电流表示数,将数据记入表格。继续移动滑片,即使将滑片移动到阻值最小的位置,小灯泡两端电压也无法达到2.5V,解决的办法是 加一节新的干电池 。
(3)问题解决后,移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压达到2.5V。如图乙所示,此时电流表示数为0.3A,小灯泡的额定功率为 0.75 W。
(4)继续移动滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端电压为2.9V,读出电流表示数,将数据记入表格。如表所示,小江设计的表格不足之处是 测量的物理量没有单位 。
实验次数
灯泡两端电压U
通过灯泡的电流I
灯泡的电功率P
发光情况
1
2
0.26
0.52
较暗
2
2.5
正常发光
3
2.9
0.32
0.93
较亮
(5)实验表明小灯泡的亮度由 实际功率 决定。
解:(1)由实物图可知,将灯泡、滑动变阻器和电流表串联,电压表测并联在灯泡两端,如图所示:
(2)实验中选择两节新干电池,则电源电压为3V;在做第二次实验时,即使将滑片移动到阻值最小的位置(变阻器分得电压为零),小灯泡两端电压也无法达到2.5V,说明电流表和导线(有一定的电阻)分得的电压较大,其分压大于0.5V,则为了完成该实验,需要增大电源电压,所以解决的办法是加一节新的干电池;
(3)由图可知,电流表所选量程为0~0.6A,由指针位置可知,此时电流I=0.3A,
则小灯泡的额定功率:P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(4)设计表格时各物理量要有单位,因此小江设计的表格不足之处是测量的物理量没有单位。
(5)由实验表明,小灯泡的亮度由实际功率决定。
答案:(1)见上图;(2)加一节新的干电池;(3)0.3,0.75;(4)测量的物理量没有单位;(5)实际功率。
4.(2024•自贡中考)在“测量小灯泡额定功率”的实验中,小刚同学用一个电压表、一个电流表、一个开关、一个滑动变阻器、电压为4.5V的电源和额定电压为2.5V的小灯泡,设计了如图甲所示的电路。
(1)实验中需要依据如图甲所示的电路图,将如图乙所示器材进行连线,请用笔画线代替导线,将如图乙所示电路连接完整。
(2)正确连接好电路后,闭合开关,当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表示数 变大 (选填“变大”“变小”或“不变”)。当电压表的示数为 2.5 V时小灯泡正常发光,此时电流表指针如图丙所示,其示数为 0.28 A,小灯泡的额定功率为 0.7 W。若小灯泡两端的实际电压为2.3V,则小灯泡的实际功率 小于 (选填“大于”“等于”或“小于”)额定功率。
(3)小王同学也按如图甲所示电路图连接电路,当连接最后一根导线时,灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭。请你指出导致此现象可能的原因: 连接电路时开关没有断开;闭合开关前,滑动变阻器滑片没有移到阻值最大处 。
解:(1)小灯泡额定电压为2.5V,故电压表选用小量程并联在电路中;由图甲可知,滑动变阻器滑片向右移动阻值变大,故图乙中滑动变阻器选用左下接线柱与灯泡串联在电路中,如下图所示:
(2)闭合开关,当滑动变阻器的滑片向左移动时,滑动变阻器阻值变小,电路总电阻变小,根据欧姆定律可知,电路中电流变大,即电流表示数变大;
当灯泡两端电压为额定电压,即电压表示数为2.5V时,小灯泡正常发光,此时电流表指针如图丙所示,电流表选用小量程,分度值0.02A,其示数为0.28A,则小灯泡额定功率为:
P=UI=2.5V×0.28A=0.7W;
若小灯泡两端的实际电压为2.3V,小于灯泡额定电压2.5V,则小灯泡的实际功率小于额定功率;
(3)小王同学也按如图甲所示电路图连接电路,当连接最后一根导线时,灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭,说明连接电路时开关没有断开;闭合开关前,滑动变阻器滑片没有移到阻值最大处。
答案:
(1)见解答图;(2)变大;2.5;0.28;0.7;小于;(3)连接电路时开关没有断开;闭合开关前,滑动变阻器滑片没有移到阻值最大处。
【题型二 缺少电流表测电功率】
5.(2024•绵阳中考)用如图甲所示的实验电路来测量小灯泡的额定功率。已知电源电压恒定,R1是滑动变阻器,R2是阻值为1Ω的定值电阻,小灯泡通过的电流为0.3A时正常发光。
(1)连接电路,在闭合开关S1前,应将R1的滑片移到最 右 (选填“左”或“右”)端;
(2)闭合开关S1,开关S2接b端,小灯泡不发光,电压表有示数,移动R1的滑片,电压表示数有变化,则电路中的故障是 A ;(选填序号)
A.小灯泡短路 B.小灯泡断路 C.定值电阻R2短路 D.定值电阻R2断路
(3)排除故障后,闭合开关S1,将开关S2接b端,移动R1的滑片,使电压表示数达到0.3V;保持R1的滑片位置不变,仅将S2接a端,电压表示数如图乙所示,则电压表的读数为 2.8 V;
(4)小灯泡的额定功率P= 0.75 W。
解:(1)为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最大电阻处,即最右端;
(2)闭合开关S1,开关S2接b端,灯泡、R2和滑动变阻器串联,电压表测R2两端电压;电压表有示数,说明电压表与电源连通,小灯泡不发光,说明灯泡可能短路,故选:A;
(3)保持R1的滑片位置不变,仅将S2接a端,电压表示数如图乙所示,电压表选用小量程,分度值0.1V,其示数为0.28V;
(4)闭合开关S1,将开关S2接b端,灯泡、R2和滑动变阻器串联,电压表测R2两端电压为0.3V,根据欧姆定律可知,电路中的电流为:I=I2===0.3A,此时灯泡正常发光;
保持R1的滑片位置不变,仅将S2接a端,灯泡、R2和滑动变阻器仍串联,电压表测灯泡和R2两端电压为2.8V;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,根据串联电路电压规律,灯泡额定电压为:UL=U﹣U2=2.8V﹣0.3V=2.5V,
则小灯泡的额定功率为:P=ULI=2.5V×0.3A=0.75W。
答案:(1)右;(2)A;(3)2.8;(4)0.75。
6.(2024•淄博中考)在“测量小灯泡的电功率”实验中,小灯泡的额定电压为2.5V(正常发光时的电阻约为9Ω)。
(1)图甲是小明连接的电路,请指出不妥之处: 电流表选用的量程太大 。
(2)重新连好电路,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,进行多次测量,将数据及现象记录在表格中。
实验次数
电压表示数/V
电流表示数/A
小灯泡的实际功率/W
小灯泡亮度
1
0.5
0.16
不亮
2
1.3
0.22
较暗
3
2.1
0.26
较亮
4
2.5
明亮
5
3.0
0.36
耀眼强光
①实验多次测量的目的是 得出小灯泡的实际电压、实 际功率、亮度之间的普遍规律 。
②第4次实验时电流表的示数如图乙所示,小灯泡的额定功率为 0.7 W;接下来要完成第5次实验,滑片应向 右 移动。
③通过实验发现,小灯泡两端的电压越大,实际功率 越大 ,小灯泡越亮。
④小聪发现表格中有一个电流数据有误,该数据是 0.36 。
(3)完成实验后,小明取一个阻值为R0的定值电阻,设计了如图丙所示的电路,测量小灯泡正常发光时的电阻。请把实验步骤补充完整。
①闭合开关S,移动滑片P,直至电压表示数为 2.5 V。
②断开开关S,保持滑片P位置不变,将电压表改接在定值电阻R0两端,再闭合开关,记录电压表示数U'。
小灯泡正常发光时的电阻R= (用所测的量和已知量表示)。
解:(1)小灯泡的额定电压为2.5V,正常发光时的电阻约为9Ω,根据欧姆定律可知电路电流约为:
I'==≈0.28A,故电流表应选用小量程;
(2)①在“测量小灯泡的 电功率”实验中,改变小灯泡两端的电压,多次测量小灯泡的实际功率并比较其亮度,目的是得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律;
②根据表格数据可知,第4次实验中,电压表示数即小灯泡两端电压等于其额定电压,则此时小灯泡的功率为其额定功率;
由(1)可知,电流表选用小量程;第4次实验时电流表的示数如图乙所示,电流表分度值为0.02A,其示数为0.28A,则小灯泡的额定功率为:P额=P4=U4I4=2.5V×0.28A=0.7W;
接下来要完成第5次实验,调节滑片使电压表示数由2.5V变为3.0V,电源电压不变,根据串联分压的规律可知,应减小滑动变阻器的阻值,滑片应向右移动;
③分析表格数据,根据 P=UI可知,5次实验中小灯泡的实际功率依次为 P1=0.08W、P2=0.286W、P3=0.546W、P4=0.7W、P5=1.08W,由此可知,小灯泡两端的电压越大,实际功率越大,小灯泡越亮;
④分析表格数据,根据R=可知,5次实验中小灯泡的电阻依次为R1=3.125Ω、R2≈5.91Ω、R3≈8.08Ω、
R4≈8.93Ω、R5≈8.33Ω,因为小灯泡越亮,灯丝温度越高,灯丝电阻随温度的升高而变大,所以第5次实验中
电流数据0.36有误;
(3) ①由图丙可知,定值电阻R0、小灯泡、滑动变阻器串联,电压表测小灯泡两端电压;实验目的是测量
(4) 小灯泡正常发光时的电阻,因此调节滑片,使小灯泡两端电压即电压表示数等于其额定电压2.5V;
②小灯泡两端电压已知,根据可知,还需要测出通过小灯泡的电流,根据串联电路中电流处处相等可知,只需测出通过定值电阻R0的电流,因此将电压表改接在定值电阻R0两端,测出R0两端电压U',则电路中的电流I=,
小灯泡正常发光时的电阻为:R===。
答案:
(1)电流表选用的量程太大;(2)①得出小灯泡的实际电压、实 际功率、亮度之间的普遍规律;②0.7;右;③越大;④0.36;(3)①2.5;②将电压表改接在定值电阻R0两端;。
7.(2024•凉山州中考)在“测量小灯泡的功率”实验中,小灯泡额定电压为2.5V,小灯泡正常发光时的电阻约为9Ω,按如图甲所示连接好电路。
(1)连接电路时应断开开关,闭合开关之前滑动变阻器的滑片应移到 A (选填“A”或“B”)端;
(2)小明试触时,发现电流表指针偏转如图乙所示,电路连接出现的问题为电流表 C (选填答案序号);
A.量程选择过大;
B.量程选择过小;
C.正负接线柱接反;
(3)排除故障后,移动滑动变阻器的滑片到某一位置时电压表示数为2.1V,为了让灯泡正常发光,滑片应向 B (选填“A”或“B”)端移动;
(4)移动滑片使灯泡正常发光,电流表示数如图丙所示,灯泡的额定功率为 0.75 W;
(5)小明同学通过计算发现在不同功率下灯泡的电阻不同,主要原因是灯泡的电阻受 温度 的影响;
(6)在测量小灯泡电功率拓展实验中,电流表坏了,老师给同学们提供了一个阻值为R0的定值电阻和一个单刀双掷开关,借助部分现有的实验器材,设计了如图丁所示的实验电路图,下面是某同学的实验步骤:
①连接好实验电路,闭合开关S1,将开关S2拨到触点2,移动滑片,使电压表的示数为U额;
②保持滑片的位置不动,再将开关S2拨到触点1,读出电压表的示数为U;
③小灯泡额定功率的表达式P额= (用“U额”“U”和“R0”表示)。
解:(1)电学实验普遍要求,闭合开关前滑动变阻器滑片要移到阻值最大处;
(2)电路中电流表接线必须使电流正入负出,否则,表针将向反向偏转;
(3)要想让灯泡正常发光,必须把灯泡两端电压调成2.5V,电压表示数为2.1V时,滑片应向B端移动,才能使灯泡两端电压达到2.5V;
(4)由电流表示数可知,灯泡正常发光时,电流为0.3A,灯泡的额定功率P=U额I额=2.5V×0.3A=0.75W;
(5)灯丝电阻与温度有关,灯丝电阻随温度升高而增大;
(6)U额是灯泡两端的额定电压,U是灯泡与R0的总电压,灯泡的额定功率:
答案:(1)A;(2)C;(3)B;(4)0.75;(5)温度;(6)。
8.(2022•自贡中考)张华同学采用如图甲所示的电路图测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率,电源电压恒为3V。
(1)连接电路时,开关应处于 断开 状态,滑动变阻器的滑片应滑到 右 (选填“左”或“右”)端;
(2)闭合开关后,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,小灯泡始终不发光且电压表的示数为0,电流表有示数,产生这一现象的原因是 A ;
A.小灯泡短路
B.小灯泡断路
C.滑动变阻器短路
D.滑动变阻器断路
(3)排除故障后,继续进行实验,张华移动滑动变阻器的滑片,记录了多组数据,并绘制出了小灯泡的电流随电压变化的图像,如图乙所示,则该小灯泡的额定功率为 0.625 W,图像是曲线的主要原因是 小灯泡的电阻随温度的升高而增大 ;
(4)李英同学设计了另一种方案:不用电流表,但增加了一只阻值已知的定值电阻R0,用图丙所示的电路进行实验,也测量出了该小灯泡的额定功率。具体步骤如下:她闭合开关,调节滑动变阻器滑片,使电压表的示数为小灯泡的额定电压U额;然后保持 滑片位置 不变,将电压表接在“a”处的导线换接到“b”处,读出电压表示数U,利用此方法测量出小灯泡的额定功率表达式P=U额• (用已知和所测量的物理量符号表示)。
解:(1)为了保护电路,连接电路时开关应断开,闭合开关实验前,应将滑动变阻器的滑片移到最大阻值处,由图知,滑片左侧电阻丝接入电路,所以滑片应移到阻值最大的右端;
(2)电流表有示数,说明电路不是断路,小灯泡始终不发光且电压表的示数为0,可能是与电压表并联的支路短路,因此故障可能是与电压表并联的小灯泡短路了,故选A;
(3)由图乙所示的小灯泡电流随电压变化的关系图像可知,灯在额定电压2.5V时的电流为0.25A,则小灯泡的额定功率是:P额=U额I额=2.5V×0.25A=0.625W;
由图乙可知,灯泡两端的电压增大,通过灯泡的电流也增大,但灯泡两端的电压增加比通过灯泡的电流增加的更快,由欧姆定律可知,小灯泡的电阻随电压增大而增大,由P=UI可知,电压和电流都增大时,电功率增大,温度升高,说明小灯泡的电阻随温度的升高而增大;
(4)闭合开关,调节滑动变阻器滑片P,使电压表的示数为小灯泡的额定电压U额,此时电压表测灯的电压,灯正常发光;
然后保持滑片位置不变,将电压表接在“a”处的导线换接到“b”处,读出电压表示数U,此时电压表测灯与R0两端的总电压,因此时各电阻的大小和电压不变,灯仍正常工作,根据串联电路电压的规律,此时定值电阻的电压:U0=U﹣U额;
由欧姆定律和串联电路的电流特点可知,通过小灯泡的电流:IL=I0==
则小灯泡的额定功率:P额=ULIL=U额•。
答案:(1)断开;右;(2)A;(3)0.625;小灯泡的电阻随温度的升高而增大;(4)滑片位置;U额•。
【题型三 缺少电压表测电功率】
9.(2023•营口中考)小明和小亮进行“伏安法测电阻”的实验
(1)小明连接好如图甲所示的电路(电源电压恒为3V),开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片移动到变阻器的 最右端(选填“最左端”或“最右端”);实验中滑动变阻器除了保护电路,还有改变电阻的电压和电流作用。
(2)闭合开关后,发现无论怎样移动变阻器的滑片,电流表始终没有示数,电压表示数接近电源电压,产生这种现象的原因可能是定值电阻 断路 (选填“短路”或“断路”)。
(3)电路故障排除后,闭合开关,移动变阻器的滑片到某一位置时,电流表的示数如图乙所示,此时的电流为 0.26 A;改变变阻器滑片的位置进行多次测量,并根据所测数据绘制的电流与电压关系的图像如图丙所示,则被测电阻的阻值为 10 Ω,多次测量的目的是 减小误差 。
(4)小亮利用已知阻值的定值电阻R0和电流表设计了如图丁所示的电路,测量出了小灯泡L(额定电压为U额)的额定功率。
①请在图丁中的虚线框内填入对应的电路元件符号;
②闭合开关S和S1,断开S2,移动变阻器的滑片,使电流表示数为 ;
③闭合开关S和S2,断开S1,保持变阻器滑片的位置不动,读出电流表的示数I;
④小灯泡的额定功率P额= U额×(I﹣) 。(均用物理量符号表示)
解:(1)闭合开关之前,滑片要滑到滑动变阻器的最大阻值处,故应滑到最右端;
为提高测量的准确程度减小误差,要多次测量取平均值,故实验中,滑动变阻器除了保护电路,还有一个重要作用是改变电阻的电压和电流;
(2)闭合开关,发现电流表无示数,电压表示数接近电源电压,说明电压表与电源正负极是相通的,电流表无示数是因为通过电流表的电流过小,产生这种情形的原因是定值电阻断路,使电压表串联接入了电路中;
(3)如图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,此时通过定值电阻R的电流为0.26A;
由图丙知当电压表的示数为3V时,通过的电流为0.3A,
待测电阻为:
Rx===10Ω;
多次测量取平均值,可以减小误差;
(4)要测灯的额定功率,应先使灯正常发光,在没有电压表的情况下,电流表与定值电阻R应起到电压表的测量作用,故将R与电流表串联后再与灯并联,电路如图所示:
实验步骤:
①闭合开关S1,断开S2,移动滑片,使电流表的示数为;
②再闭合开关S2,断开S1,保持滑片的位置不动,读出电流表的示数I;
③保持滑片位置不变,通过开关的转换,使电流表测灯与R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,灯的额定电流为:
IL=I﹣,灯泡额定功率的表达式为P额=U额IL=U额×(I﹣)。
答案:(1)最右端;改变电阻的电压和电流;(2)断路;(3)0.26;10;减小误差;(4)①见解答图;②;④U额×(I﹣)。
10.(2022•遂宁中考)小志同学在“测量小灯泡电功率”实验中,用到的器材有:新干电池两节、小灯泡(标有0.3A)1只、电流表1只、电压表1只、滑动变阻器1只、开关1支,导线若干。
(1)请用笔画线代替导线,在图甲中将实验电路连接完整。(要求滑动变阻器的滑片向右移动时电流表的示数变小)
(2)连接好电路,闭合开关,发现灯不亮,电流表无示数,电压表示数接近3V,造成这一现象的原因可能是 ② (选填序号)。
①小灯泡短路;
②小灯泡开路;
③滑动变阻器短路;
④滑动变阻器开路。
(3)排除故障,进行实验,当电流表的示数如图乙时,为了测量小灯泡的额定功率,应将滑动变阻器的滑片P向 A (选填“A”或“B”)端移动,当电流表示数达到0.3A时,电压表的示数如图丙,则小灯泡的额定功率为 0.75 W。
(4)小刚用相同的器材进行该实验时发现电压表损坏,他找来一只阻值为R0的定值电阻,设计了如图丁所示的电路,也可测出小灯泡的额定功率。主要的操作步骤如下:
①把电流表接在a处,闭合开关,调节滑片P,使电流表的示数为I额;
②保持滑片P的位置不变,断开开关,把电流表接在b处,闭合开关,读出电流表的示数为I;
③计算得出小灯泡的额定功率P额= I额(I﹣I额)R0 (用R0、I额、I表示)。
解:(1)因为新干电池两节,所以电压表应选择0~3V的量程并联在小灯泡两端,滑动变阻器的接线柱要“一上一下”接入电路,因为要求滑动变阻器的滑片向右移动时电流表的示数变小,电路中的电阻变大,由I=可知,电流变小,故左下接线柱应接入电路,如图所示:
(2)电流表无示数,说明电路可能断路;电压表示数接近电源电压,说明电压表与电源连通,则与电压表并联的支路以外的电路是完好的,与电压表并联的开路,故选②;
(3)电流表选用的是小量程,分度值为0.02A,示数为0.14A;灯泡的额定电流为0.3A,要使灯在额定电压下正常发光,需要增大电路中的电流,根据欧姆定律可知,需要减小电路中的总电阻,所以应使变阻器连入电路中的电阻变小,故滑片向A移动,直到电流表示数为0.3A;
此时电压表指针位置如图丙所示,电压表选用小量程,分度值为0.1V,示数为2.5V,则小灯泡的额定功率为:
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(4)根据题意可知,干路中的的电流为I,通过灯泡的电流即灯泡的额定电流为I额;根据并联电路的电流规律可知,通过定值电阻的电流为:I'=I﹣I额;
定值电阻两端的电压为:U0=I'R0=(I﹣I额)R0;根据并联电路的电压规律可知,灯泡的额定电压为:
U额=U0=(I﹣I额)R0;
灯泡的额定功率为:P额=U额I额=I额(I﹣I额)R0。
答案:(1)见解析;(2)②;(3)A;0.75;(4)I额(I﹣I额)R0。
11.(2022•阜新中考)做“测量小灯泡额定功率”的实验(灯泡的额定电压U额=2.5V,灯丝电阻阻值不变)。
(1)连接电路后,闭合开关,若小灯泡较暗,电流表有示数,电压表有示数,调节滑动变阻器的滑片,两表的示数都不变,原因是滑动变阻器接了 下面 两个接线柱。
(2)排除故障后如图甲,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为2.5V时为止,此时电流表的示数如图乙,则小灯泡的额定电功率为 0.75 W。
(3)同组的小月同学设计了一个电路,如图丙,也测出了该小灯泡正常发光时的功率,其中定值电阻的阻值R=25Ω,正确操作步骤如下:
①只闭合开关S和 S2 ,调节滑动变阻器滑片使电流表示数为I1= 0.1 A;
②闭合开关S和 S1 ,断开开关 S2 ,保持滑动变阻器滑片位置不动,读出电流表示数为I2;
③小灯泡的额定电功率表达式为P额= U额(I2﹣I1) 。(用物理量符号表示)
解:(1)连接好电路,闭合开关,电流表有示数,则电路为通路;若小灯泡较暗,说明电路的电流较小,电路的电阻较大,且无论怎样移动滑动变阻器的滑片,电流表和电压表的示数都不变,说明变阻器没有了“变阻”的作用,造成这一现象的原因可能是:滑动变阻器接了下面的两个接线柱;
(2)排除故障后如图甲,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,直到电压表示数为2.5V时为止,此时电流表示数如图乙,电流表选用小量程,分度值0.02A,其示数为0.3A,小灯泡额定功率为P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(3)实验步骤:
①只闭合开关S和S2,调节滑动变阻器的滑片,使电流表示数为I1=0.1A;
②闭合开关S和S1,断开开关S2,保持滑动变阻器滑片位置不动,读出电流表示数为I2;
③在步骤①中,电流表测定值电阻的电流,由欧姆定律可得,定值电阻的电压为:U=I1R=0.1A×25Ω=2.5V,
根据并联电路电压的规律,灯的电压为额定电压,灯正常发光;
在步骤②中,电流表测R与灯并联的总电流,由于电路连接关系没有改变,各电阻的电压和电阻大小不变,
故通过灯的电流不变,由并联电路电流的规律,灯的额定电流为:IL=I2﹣I1,
小灯泡额定功率表达式为:P额=U额IL=U额(I2﹣I1)。
答案:(1)下面;(2)0.75;(3)①S2;0.1;②S1;S2;③U额(I2﹣I1)。
12.(2022•齐齐哈尔中考)小琪同学在做“测量小灯泡的电功率”的实验时,实验器材有:电源(三节新的干电池),额定电压为2.5V的小灯泡、规格不同的滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线。图甲是没有连接完整的电路。
(1)请用笔画线代替导线按要求将电路(图甲)连接完整(要求:向左移动滑动变阻器的滑片使电流表示数变大,导线不交叉)。
(2)正确连接电路后,闭合开关,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡始终不亮,且电压表有示数,电流表无示数,则故障原因可能是 小灯泡断路 。
(3)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片到某位置,电压表示数如图乙所示,此时电压为 2.2 V。若想测量小灯泡的额定功率,应将滑片向 A (选填“A”或“B”)端移动,直到电压表的示数为2.5V。
(4)小琪在进行实验数据处理时,计算出了小灯泡的平均电功率(如表),你认为她这样处理数据是 不合理 (选填“合理”或“不合理”)的,理由是 小灯泡在不同实际电压下的实际功率不同,求平均值没意义 。
实验序号
电压U/V
电流I/A
功率P/W
平均功率P/W
1
2.0
0.26
0.52
0.71
2
2.5
0.28
0.70
3
3.0
0.30
0.90
(5)实验提供的滑动变阻器规格为R1“5Ω 2A”、R2“20Ω 1A”、R3“100Ω 0.1A”,小琪选择的是 R2 (选填“R1”、“R2”或“R3”)完成了上述实验。
(6)上述实验完成后,小琪又用阻值已知为R0的定值电阻来测量未知电阻Rx的阻值,实验电路图如图丙所示。由于原电源不符合实验要求,又换用另一电源,电压未知且恒定。电路正确连接后:
①当开关S、S2闭合,S1断开时,电流表示数为I1;
②当开关 S、S1 闭合, S2 断开时,电流表示数为I2;
③未知电阻的阻值Rx= (用已知量和测量量的符号表示)。
解:(1)向左移动滑动变阻器的滑片使电流表示数变大,即滑动变阻器接入阻值变小,所以应接左下接线柱,如图所示;
(2)电流表无示数,说明电路断路,电压表有示数,可能为小灯泡断路;
(3)电压表量程为0~3V,分度值为0.1V,读数为2.2V;还未达到2.5V,所以滑动变阻器向A滑,阻值减小,电流变大,小灯泡两端电压会达到2.5V;
(4)计算小灯泡的平均电功率是不合理的,因为小灯泡在不同实际电压下的实际功率不同,求平均值没意义;
(5)灯泡正常发光时电压为2.5V,电源电压为4.5V,变阻器分得的电压:U变=4.5V﹣2.5V=2V;
此时滑动变阻器阻值Rp==≈7.1Ω;再结合电流表的量程,故选R2;
(6)实验电路图如图丙所示,操作思路为两电阻并联,当开关S、S2闭合,S1断开时,先测干路电流I1;然后单独测R0的电流,所以开关S、S1闭合,S2断开时,电流表测的是R0的电流为I2;
并联电路中,各支路电压相等,所以Rx两端的电压Ux=U0=I2R0;通过Rx的电流Ix=I1﹣I2;
根据欧姆定律可得Rx==。
答案:(1)如图所示;(2)小灯泡断路;(3)2.2;A;(4)不合理;小灯泡在不同实际电压下的实际功率不同,求平均值没意义;(5)R2;(6)S、S1;S2;。
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