专题03 测电功率的方法(期末压轴题训练)九年级科学上学期浙教版
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内容正文:
专题03 测电功率的方法
1.按图甲所示电路测量额定电压为3.8V小灯泡的电功率,实验中电压表和电流表的读数见表。
实验次数
1
2
3
4
电压U/V
1.0
2.0
3.0
4.0
电流I/A
0.12
0.18
0.24
(1)将图甲中的线路合理并完整连接起来。
(2)正确连接电路后,闭合开关,发现电流表、电压表都有示数,但灯不发光,原因可能是 ;第3次实验时电流表的示数如图乙,则电流大小为 A。
(3)计算额定功率采用如下的方法,方法一:利用实验数据求出灯泡电阻的平均值R,再用公式P额求得结果;方法二:根据实验数据画出图乙的I﹣U曲线,由U额得到I额,用公式P额=U额I额求得结果。其中有一种方法不合理,请指出不合理的方法并说明原因 。
(4)做第1、2、3、4次实验时,图甲电路中滑动变阻器的滑片应依次向 (填“左”或“右”)移动。
2.为“测定小灯泡电功率”,小滨连接了如图甲所示的实验电路,已知小灯泡L的额定电压为2.5V,多次实验,获得数据和现象记录在表:
序号
电压U/V
电流I/A
灯泡亮度
1
0.5
0.10
微亮
2
2.5
正常发光
3
3.0
0.34
很亮
(1)小滨发现:“小灯泡的亮度由实际功率决定”,该实验中支持此结论的证据是 。
(2)实验中,变阻器滑片移到某一位置时电压表示数如图乙所示,为测定小灯泡额定功率,应将滑片向 移动。
(3)第二次实验中,电流表示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率是 瓦。
(4)小滨发现小灯泡在不同亮度下,两端的电压与电流比值不一样,小灯泡的额定功率为P0,若某次实验小灯泡两端电压U1=1.25V,则实际功率P1与额定功率P0的数值关系为P0 4P1(选填“<”或“=”或“>”)。
3.在“测量小灯泡的电功率”实验中,小科准备了以下实验器材:电压可调的学生电源、额定电压为2.5V的小灯泡、电流表、电压表、开关,规格为“10Ω,1A”和“20Ω,1A”的滑动变阻器,导线若干。
(1)电路连接:请用笔画线代替导线,将图甲中的实物连接完整。
(2)测量数据:小科在各元件状态如图甲位置闭合开关,电压表示数如图乙。为测量额定电功率,他接下来的操作是 。
(3)数据处理:小科测得多组数据并绘得图丙曲线。
①小灯泡的额定功率为 。
②若小灯泡电流为额定电流一半时的电功率记为P1,电压为额定电压一半时的电功率记为P2,则根据实验图丙推测P1 P2。
4.图甲是某同学“测量小灯泡电功率”的实物连接图,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)连接好电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应位于 端(选填“a”或“b”)。
(2)闭合开关,移动滑动变阻器滑片P到某一位置时,电压表的示数如图乙,若要测量小灯泡的额定功率,接下来的操作是 。
(3)小科同学测量了六组且记下对应的电压表(0.5V、1V、…、3V)和电流表的示数,并绘制成图丙所示的I﹣U图像,由此可算出小灯泡的额定功率是 W。
(4)某同学继续利用图甲所示装置,探究电流与电压的关系是否可行,说明理由 。
5.如图甲为测量小灯泡的电功率实验的电路实物图,其中电源电压为7V恒定不变,小灯泡的额定电压为2.5V。
请回答:
(1)请用笔画线代替导线将图甲电路连接完整(要求滑动变阻器滑片向左移动时灯泡变亮)。
(2)闭合开关,移动滑片,使小灯泡正常发光,此时电流表示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
(3)实验中滑动变阻器的最大阻值不能小于 Ω。
(4)如图丙是只用电压表就能测量额定电压为U额的小灯泡额定功率的电路图。其中电源电压恒定,R0为已知阻值的定值电阻。在完成“闭合S和S1,断开S2,移动滑动变阻器滑片P,使电压表示数为U额''的实验操作后,下一步的操作是 。
6.小明想测量标有“2.5V”字样的小灯泡在不同电压下的电功率,他连接了如图1所示实验电路,电源电压为3伏不变。实验中,在一定范围内将滑动变阻器的滑片从阻值最大处开始移动,记录了多组电压表和电流表的示数,描绘出如图2所示图像。请回答:
(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移动至最 (填“左”或“右”)端。
(2)闭合开关,发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片,电压表和电流表均无示数,随后将小灯泡与滑动变阻器的位置互换,电压表有示数,电流表依旧无示数,则电路故障可能是 。
(3)实验中根据 (填“灯泡亮度”“电压表示数”或“电流表示数”)确定小灯泡是否正常发光。
(4)对图2进行分析:当电流由I1增大到I2时,判断此过程小灯泡实际功率的变化量ΔP灯与滑动变阻器功率的变化量ΔP额哪一个更大?请结合图中信息说明理由: 。
7.福甘同学要测量标有“2.5V 0.75W”的小灯泡的电功率,部分实物电路如图甲所示。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中电路连接完整(要求:滑片P向右移动时小灯泡变亮)。
(2)将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,闭合开关前,小刚发现电压表指针如图乙所示,则接下来的操作应是 (填字母)。
A.将电压表正负接线柱上的导线对调
B.用螺丝刀将电压表调零
C.观察电流表和电压表的示数
(3)在移动滑动变阻器滑片P的过程中,小刚记录了多组数据,并画成如图丙所示的I一U图像,由此可知,电压为2.5V时小灯泡的电功率为 W。
反思:为什么测量得到的额定功率明显小于标识的“0.75W”?福甘重复实验,测量结果还是一样,仔细检查小灯泡无破损,只是玻璃泡内侧覆盖着一层灰色物质。另外还有几个同学也出现相似的结果,他们向老师反馈,老师重新给他们提供了相同规格的新的小灯泡,再次实验后,测得额定功率结果均为0.75W。实验证明,用旧的小灯泡的额定功率会变小。
(4)为什么用旧的小灯泡的额定功率会变小?福甘查阅资料。在白炽灯工作时,钨丝会因电流通过而发热至高温,灯泡内部不能有氧气,也不是真空,而是充入惰性气体,有氧气钨丝易被氧化,真空时钨丝在高温下容易升华。请简单说明旧的小灯泡的额定功率会变小的原因 。
8.为了测定小灯泡的电功率,小龙利用电压为3伏的电源、合适规格的滑动变阻器、标有“2.5V”字样的小灯泡等器材按图甲方式连接电路进行实验。
(1)闭合开关,移动滑动变阻器滑片,某一时刻电压表的示数如图乙所示,其示数为 伏。
(2)读数后为了测定小灯泡的额定功率,小龙接下来的操作是 。
(3)小龙多次实验,画出小灯泡的I﹣U关系如图丙所示,并划分为6块区域,面积分别为S1﹣S6当电流为I1时小灯泡的实际功率可以用图丙中的 表示。
(4)小龙分析图中数据得出:当电流由I1逐渐增大到I2时,滑动变阻器消耗电功率的变化量ΔP滑小于小灯泡消耗实际电功率的变化量ΔP灯,则ΔP灯与ΔP滑的差值为 (用图丙中字母表示)。
9.小金在进行“测量小灯泡额定功率”的实验,现有器材:电源(电压恒为6V),开关,电压表、电流表各一个,导线若干,额定电压为3.8V的待测小灯泡(电阻约为12Ω),滑动变阻器两个(M:“5Ω 2A”:N:“20Ω 0.5A”)。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中电路连接完整。(要求滑片向右移动灯泡变亮)
(2)实验中,应选用的滑动变阻器是 (选填“M”或“N”)。
(3)该组的另一同学在实验时,发现电压表0~15V量程已经损坏,0~3V量程还可以正常使用,在不添加器材的情况下,为了测出该小灯泡的额定功率,请你帮助该同学提出一种解决的方案 。
(4)在将滑片P从阻值最大处慢慢变小滑动过程中,小组同学记录了多组电压表和电流表数据,描绘出如图乙所示的U﹣I图像。
①通过图像可知灯泡电阻随着电流的增大而 (填写“增大”、“不变”或者“减小”)。
②若图中的阴影部分表示电压为3.8V时灯泡消耗的实际功率大小,请你在图中将表示此时滑动变阻器消耗的实际功率大小的区域涂黑。
10.小明在做测定小灯泡额定功率实验时,所用电源电压为6伏恒定不变,小灯泡的额定电压为2.5伏。
(1)请用笔画线代替导线,完成电路连接,要求滑片P向右滑动时,电流表的示数变大。
(2)小明测得小灯泡在不同电压下的电流,在图乙中画出图线a,则额定功率是 瓦。
(3)根据曲线a小明发现小灯泡灯丝的阻值会随着温度的变化而变化,但不能直观判断“小灯泡电阻是随着温度的升高变大还是变小”。老师建议他在图乙中再画出定值电阻曲线b,只要比较图乙中的A、B、C三点,就能比较出灯丝电阻随温度变化的情况。请简要说明小明的比较过程。
(4)根据曲线a和其他器材分析,现有两种规格的滑动变阻器:甲“10Ω 1A”,乙“20Ω 0.5A”应选用的滑动变阻器的是 (填“甲”或“乙”)。
11.小黄同学现有一个标有“2.5V”字样的小灯泡,他想知道小灯泡的额定功率,于是连接了如图甲所示的实验电路。
(1)小黄把滑片移到最左端,闭合开关发现小灯泡不亮,但发现电流表有示数,请分析小灯泡不亮的原因是 。
(2)排除故障后,小黄移动滑片读出了三组实验数据。粗心的小黄把三次数据随手写在草稿纸上(如图乙)而没有填写在对应的表格中。请你根据数据帮助小黄计算出小灯泡的额定功率为 W。
(3)完成上述实验后,小黄向老师借了一个电阻箱和一个单刀双掷开关,借助部分现有的实验器材,设计了如图丙所示的电路,也测出了灯泡的额定功率。
①检查电路无误后闭合开关S1,将S2拨到触点2。调整变阻器电阻,当电压表示数为U额时,读出电阻箱的电阻为R。
②保持电阻箱电阻不变,将S2拨到触点1,读出此时电压表的示数U0。
③求出小灯泡的额定功率P额= 。(用U额、U0、R表示)
12.某灯泡上标有“7.*,0.5A”的字样,其中额定电压值不清,估计在7.0V~7.9V之间,因为灯泡的电阻会随温度的升高而增大,要测定小灯泡的额定功率,必须测出其额定电压。现有实验仪 器:一只电压恒定的电源(电压值未知)一只电流表、一只标有“20Ω.5A”滑动变阻器R、一只阻值为10Ω的定值电阻、开关和导线若干。
某项目化小组反复讨论后,设计了图甲所示的电路图,并开展实验。
(1)滑片位于a端时,只闭合S和S1,电流表示数如图乙为 A,求出电源电压。
(2) (请补充具体操作),移动滑动变阻器的滑片,使电流表的示数为0.5A,此时小灯泡正常发光。
(3)当小灯泡正常发光时,保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S1、断开S2,读出电流表示数为0.6A,求出此时滑动变阻器接入电路的阻值R。
(4)通过计算得出灯泡的额定电功率为 W。
13.小龙用如图甲所示的电路测量额定电流为0.5A小灯泡的额定功率,Ra是一个阻值可连续调节且可读数的变阻器。实验步骤如下:
①小龙将滑片P位于α端时,闭合开关S和S1,断开开关S2,此时电流表示数如图乙。
②移动滑片使电流表的示数为0.5安。
③ ,读取此时Ra的数值,Ra的示数即为灯泡的阻值。
④根据公式,求出小灯泡的额定功率。
(1)图乙中电流表示数为 安。
(2)请完成步骤③的操作 。
(3)闭合开关S和S2,断开S1,保持滑动变阻器的滑片位置不变,分别用10欧、20欧、30欧和40欧的定值电阻替换图甲电路中的Ra,测出相应的电流,并在电流表表盘上标出所测电流对应的电阻值,就能将电流表改装成一个可以直接读出电阻阻值的仪表。请在图丙上画出10欧、20欧、30欧和40欧的大致位置。
14.小芳到实验室做“测量小灯泡额定功率”的实验时,老师只给她提供了如下器材:标有“2.5V”的小灯泡、电源、滑动变阻器、开关、两个电压表(没有电流表)、阻值为10Ω的定值电阻R0、导线若干。她根据所给定的器材经过认真思考后设计了正确的实验电路,如图甲是该电路的不完整电路图。
(1)请你将甲电路图补充完整。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器调至阻值 的位置。
(3)闭合开关后,为了测量小灯泡的额定功率,应调节滑动变阻器,使电压表的示数为 V,此时电压表的示数如图乙所示,是 V。
(4)小灯泡的额定功率为 W。
(5)她还进一步设计出了只有电流表没有电压表解决这个问题的方法,其电路如图丙所示,R0=10Ω,并认为关键的一步是必须调节滑动变阻器,使电流表的示数为 A时,再读出电流表的示数,才能计算出小灯泡的额定功率。
15.某灯泡上标有“7.*V,0.5A”的字样,其中额定电压值不清,估计在7.0V~7.9V之间因为灯泡的电阻会随温度的升高而增大,要测定小灯泡的额定功率,必须测出其额定电压。现有实验仪器:一只电压恒定的电源(电压值未知)、一只电流表、一只标有“20Ω 1.5A”滑动变阻器R、一只阻值为10Ω的定值电阻R0、开关和导线若干。
某项目化小组反复讨论后,设计了图甲所示的电路图,并开展以下实验。
①滑片P位于a端时,只闭合开关S和S1,此时电流表示数如图乙为 A,计算出电源电压。
② (请补充具体操作),此时小灯泡正常发光。
③当小灯泡正常发光时,保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S1、断开S2,读出电流表示数为0.6A,则求出此时变阻器接入电路的阻值R。
④通过计算得出灯泡的额定电功率为 W。
16.小科到实验室做“测量小灯泡额定功率”的实验时,老师只给他提供了如下器材:标有“2.5V”的小灯泡、电源、滑动变阻器、开关、两个电压表(没有电流表)、阻值为5Ω的定值电阻R0、导线若干。他根据所给定的器材经过认真思考后设计了正确的实验电路,如图甲是该电路的不完整电路图。
(1)闭合开关后,为了测量小灯泡的额定功率,应调节滑动变阻器,使电压表V1的示数为 V,此时电压表V2的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
(2)他还进一步设计出了只有电流表没有电压表来解决这个问题的方法,其电路如图丙所示,R0=5Ω,其中关键的一步是必须调节滑动变阻器,使电流表A2的示数为 A时,再读出电流表A1的示数,才能计算小灯泡的额定功率。
17.小衢在做“测量小灯泡电功率”的实验,实验前他观察到小灯泡上标有“1.5V”字样,灯泡阻值约为8欧,实验所用电源是两节新的干电池(3V)。
(1)在电路连接完成后,闭合开关前,同组同学检查电路,发现她有一根导线连接错误,请你在连接错误的导线上打“×”,并在图中正确连线。
(2)纠正错误后,小衢正确连接好电路,闭合开关后发现小灯泡不亮。小衢经过进一步的观察和实验,判断是滑动变阻器断路了。以下观察或操作能帮助小柯确定故障原因的是 (故障只有一处)。
A.直接观察到电流表有示数,电压表无示数
B.直接观察到电流表无示数,电压表有示数
C.直接观察到电流表和电压表都无示数
D.将一根导线并联在滑动变阻器两端,小灯泡发光了
(3)为了完成实验,小衢需要更换滑动变阻器。老师给他提供了三种规格的滑动变阻器:A.“5欧2A”;B.“20欧2A”;C.“500欧2A”,小衢认为阻值小的到时候会出现分压不够大的问题,肯定是用阻值最大的变阻器好,你赞同吗?请说明理由。 。
18.探究小组在进行“测定小灯泡的电功率”的实验中,所用电源电压保持3V不变,小灯泡额定电压为2.5V。
(1)图甲为连接的部分电路,请补充完整,要求当滑片向右滑时,电压表示数增加。
(2)在将滑片P从阻值最大处慢慢变小滑动过程中,小组同学记录了多组电压表和电流表数据,描绘出如图乙所示的I﹣U图像。
①通过图像可知灯泡电阻随着电流的增大而 (填写“增大”、“不变”或者“减小”)。
②若图中的阴影部分表示电压为2.0V时灯泡消耗的实际功率大小,请你在图中将表示此时滑动变阻器消耗的实际功率大小的区域涂黑。
19.某兴趣小组连接了图甲电路来测量小灯泡的电功率。实验器材有电源(可选电压为4.5V、6V),规格为“20Ω 2A”的滑动变阻器一个,小灯泡(额定电压为2.5V,额定功率小于0.75W)一个,电压表、电流表各一个,开关、导线若干。
(1)甲图连接的电路有一处错误,请把接错的那一根导线找出来打“×”,用笔画线代替导线画出正确的连接。
(2)正确连接电路后,当变阻器的滑片P在中点时小灯泡正常发光,则该小灯泡的额定功率为 瓦。
(3)该小组同学又设计了如图乙所示电路,利用阻值为R0的定值电阻和电压表V1、V2等器材,测量额定电压为U额的小灯泡L的额定功率,检查无误后进行实验。
①闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表V1的示数为U额,同时读出另一个电压表的示数,记为U;
②用已知科学量和测量量的符号表示出小灯泡额定功率P额为 。
20.小黄用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率,实验所用电源电压恒为3V,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)小黄连接好电路后,闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表、电压表均有示数,接下来他首先应进行的最合理操作是 。
A.更换小灯泡
B.检查电路是否断路,看开关是否接触不良
C.将电源正负极对调
D.移动滑动变阻器的滑片,观察小灯泡是否发光
(2)解决上述问题后,小黄继续实验并记录数据,得到小灯泡U﹣I图像如图乙所示,则小灯泡的额定功率是 瓦。
(3)在滑动变阻器滑片移动过程中,电路消耗的总功率和小灯泡的功率随电流变化如图丙所示,请判断当电流为I1时,图中线段AB长度表示的是 。
21.在测量小灯泡的电功率的实验中,小灯泡的额定电流为0.3A,灯丝阻值在10Ω~15Ω之间,所提供的器材有:电流表(0~3A量程已损坏)、电压表、电源(电压恒为6V)、开关各一个、滑动变阻器(50Ω 1A)一个、导线若干。
(1)如图甲所示是小科没有连接完的实物电路,请用笔画线代替导线将实物图补充完整。
(2)电路连接完成后,闭合开关,小科发现小灯泡不亮,电压表没有示数,电流表指针有明显的偏转,请你帮忙分析电路故障原因可能是 。
(3)故障排除后重新闭合开关,移动滑片,当电流表的示数为0.3A时,电压表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
(4)小科利用该电路探究电流跟电阻的关系,他将小灯泡换成多个定值电阻,保持电压表示数始终为3V不变,多次更换阻值不同的定值电阻,并记录各次电流表的示数,若不更换其他器材,为了能够安全、顺利地完成实验,更换的电阻阻值范围是 Ω。
22.如图甲为“测量小灯泡电功率”的实验电路,电源电压为3V,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)小科把滑动变阻器的滑片移到最左端,闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表示数为零,电压表的示数接近电源电压。这可能是因为 造成的。
A.小灯泡断路
B.小灯泡短路
C.电流表短路
D.滑动变阻器断路
(2)排除故障后,小科移动滑动变阻器的滑片,读出了三组实验数据。粗心的小科把三次数据随手写在草稿纸上(如图乙)而没有填写在对应的表格中。请你帮助小科计算出小灯泡的额定功率为 W;
(3)通过思考,小科设计了如图丙所示电路来测量小灯泡的额定功率,已知R0=5Ω。其中关键的一步是必须调节滑动变阻器滑片的位置,使电流表A2的示数为 A时,再读出电流表A1的示数,才能计算出小灯泡的额定功率。
23.小格设计了如图甲所示的电路“测量小灯泡额定功率”,被测小灯泡的额定电压为2.5V(正常发光时灯丝的阻约为10Ω),电源电压恒为6V。
(1)请你按图甲所示的电路,用笔画线代替导线将图乙中的实物电路连接完整。
(2)连好电路后,应将滑动变阻器的滑片P移至B端,然后再闭合开关,此时小格观察到小灯泡不发光,电有示数,电压表无示数,移动滑动变阻器的滑片P,电流表示数有变化,电压表无变化,则电路故障的原因可能是 (选填序号)。
A.小灯泡短路
B.电流表断路
C.小灯泡断路
D.电压表的正、负接线柱接反
(3)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,同时观察电压表示数的变化,直至小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率为 N。
(4)完成实验后,爱动脑筋的小格又设计了一种用已知阻值为R0的定值电阻代替电流表测量小灯泡的额定功率的方案,设计了如图丁所示的电路,将下列实验步骤补充完整。
①检查电路无误后闭合开关S和S1断开S2,移动滑动变阻器滑片P,使电压表的示数为U额。
②保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S2,断开开关S1,读出电压表示数U1。
③小灯泡额定功率的表达式:P额= 。(用U额、U1、R0表示)
24.小明所在的物理实验小组利用图甲所示的电路测量额定电压为3.8V的小灯泡正常发光时的电阻,电源由三节新干电池串联组成。
(1)图甲中小明将一根导线连接错误,请你在接错的导线上打“×”,并用笔画线代替导线将电路连接正确;
(2)小明测量了小灯泡在不同电压下的电流,并绘制了如图丙A所示的图像,根据图像可知小灯泡的电流与电压并不成正比,原因是 ;
(3)闭合开关,调节滑动变阻器的滑片使小灯泡正常发光,此时电流表示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻是 Ω;
(4)另一组的小李想设计一个电路测灯泡的额定功率,老师给他一个额定电流为0.3A的小灯泡和一个阻值为20Ω的定值电阻R0,电源电压未知。小李设计的电路如图丁,请将以下实验步骤补充完整;
①闭合开关S、S2,调节滑动变阻器的滑片P,使电流表的示数为0.3A;
②保持滑片P的位置不变,断开开关S2,闭合开关S、S1,电流表示数为0.2A;将滑动变阻器的滑片P移到最左端,电流表的示数为0.3A,则小灯泡的额定功率P= W。
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专题03 测电功率的方法
1.按图甲所示电路测量额定电压为3.8V小灯泡的电功率,实验中电压表和电流表的读数见表。
实验次数
1
2
3
4
电压U/V
1.0
2.0
3.0
4.0
电流I/A
0.12
0.18
0.24
(1)将图甲中的线路合理并完整连接起来。
(2)正确连接电路后,闭合开关,发现电流表、电压表都有示数,但灯不发光,原因可能是 ;第3次实验时电流表的示数如图乙,则电流大小为 A。
(3)计算额定功率采用如下的方法,方法一:利用实验数据求出灯泡电阻的平均值R,再用公式P额求得结果;方法二:根据实验数据画出图乙的I﹣U曲线,由U额得到I额,用公式P额=U额I额求得结果。其中有一种方法不合理,请指出不合理的方法并说明原因 。
(4)做第1、2、3、4次实验时,图甲电路中滑动变阻器的滑片应依次向 (填“左”或“右”)移动。
【解答】解:(1)在测小灯泡的电功率实验中,灯泡、滑动变阻器和电流表串联,电压表并联在灯泡两端;由图乙可知,电流表选用小测量范围串联在电路中;灯泡额定电压为3.8V,故电压表选用大测量范围并联在灯泡两端;滑动变阻器上下各选一个接线柱串联在电路中,如下图所示:
;
(2)闭合开关,发现电流表、电压表都有示数,说明电路是通路,且灯泡没有短路,灯不发光,说明灯泡实际功率太小,即原因可能是滑动变阻器接入电路的阻值过大;第3次实验时电流表的示数如图乙,电流表选用小测量范围,分度值0.02A,其示数为0.22A;
(3)灯丝的电阻随温度的升高而增大,不是一定值,因此方法一中用实验数据求出灯泡电阻的平均值R,再用公式P额求得结果不合理;
(4)由表中数据可知,第1、2、3、4次实验时,灯泡两端电压增大,根据串联电路电压规律,滑动变阻器两端电压减小,根据分压原理,滑动变阻器接入电路的阻值变小,故图甲电路中滑动变阻器的滑片应依次向左移动。
故答案为:(1);(2)滑动变阻器接入电路的阻值过大;0.22;(3)方法一,因为灯丝的电阻会随温度的升高而增大,所以不能用平均值来计算额定功率;(4)左。
2.为“测定小灯泡电功率”,小滨连接了如图甲所示的实验电路,已知小灯泡L的额定电压为2.5V,多次实验,获得数据和现象记录在表:
序号
电压U/V
电流I/A
灯泡亮度
1
0.5
0.10
微亮
2
2.5
正常发光
3
3.0
0.34
很亮
(1)小滨发现:“小灯泡的亮度由实际功率决定”,该实验中支持此结论的证据是 。
(2)实验中,变阻器滑片移到某一位置时电压表示数如图乙所示,为测定小灯泡额定功率,应将滑片向 移动。
(3)第二次实验中,电流表示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率是 瓦。
(4)小滨发现小灯泡在不同亮度下,两端的电压与电流比值不一样,小灯泡的额定功率为P0,若某次实验小灯泡两端电压U1=1.25V,则实际功率P1与额定功率P0的数值关系为P0 4P1(选填“<”或“=”或“>”)。
【解答】解:(1)由表中数据可知,当灯泡两端电压增大,通过灯泡的电流也增大,根据P=UI可知,灯泡实际功率变大,亮度变亮,故可得出小灯泡的亮度由实际功率决定;
(2)实验中,变阻器滑片移到某一位置时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2V,小于灯泡额定电压2.5V,为测定小灯泡额定功率,应增大灯泡两端电压,根据串联电路电压规律,应减小滑动变阻器两端电压,根据分压原理,应减小滑动变阻器接入电路的阻值,故应将滑片向左移动;
(3)第二次实验中,电流表示数如图丙所示,电流表选用小量程,分度值0.02A,其示数为0.3A,则小灯泡额定功率为:
PL=ULIL=2.5V×0.3A=0.75W;
(4)若小灯泡的电阻不变,且小灯泡额定电压等于实际电压的2倍时,根据P可知,小灯泡的额定功率P0等于实际功率P1的4倍;
当小灯泡的实际电压等于额定电压的0.5倍时,小灯泡的电阻随温度降低而减小,由P可知,小灯泡的额定功率P0小于实际功率P1的4倍。
故答案为:(1)灯泡实际功率越大,亮度越亮;(2)左;(3)0.75;(4)<。
3.在“测量小灯泡的电功率”实验中,小科准备了以下实验器材:电压可调的学生电源、额定电压为2.5V的小灯泡、电流表、电压表、开关,规格为“10Ω,1A”和“20Ω,1A”的滑动变阻器,导线若干。
(1)电路连接:请用笔画线代替导线,将图甲中的实物连接完整。
(2)测量数据:小科在各元件状态如图甲位置闭合开关,电压表示数如图乙。为测量额定电功率,他接下来的操作是 。
(3)数据处理:小科测得多组数据并绘得图丙曲线。
①小灯泡的额定功率为 。
②若小灯泡电流为额定电流一半时的电功率记为P1,电压为额定电压一半时的电功率记为P2,则根据实验图丙推测P1 P2。
【解答】解:(1)小灯泡额定电压为2.5V,故电压表选用小量程并联在灯泡两端,如下图所示:
;
(2)由图乙可知,电压表接小量程,分度值为0.1V,示数为2.8V;电压表示数大于灯泡的额定电压,应减小灯泡两端的电压值;图中滑动变阻器已经是最大阻值,说明滑动变阻器的最大阻值过小,分压过小,接下来应该断开开关,将最大阻值为20Ω的滑动变阻器连入电路,移动滑片至电压表示数为2.5V,或减小学生电源的电压,以降低灯泡两端的电压值;
(3)①由图丙可知,灯泡额定电压对应的额定电流为0.2A,则小灯泡额定功率为:
PL=ULIL=2.5V×0.2A=0.5W;
②由下图可知,小灯泡电流为额定电流一半时的电压小于电压为额定电压一半时的电压,且电压为额定电压一半时的电流大于小灯泡电流为额定电流一半时的电流,根据P=UI可知,P1小于P2。
故答案为:(1);(2)将最大阻值为20Ω的滑动变阻器连入电路(或减小学生电源的电压);(3)①0.5W;②小于。
4.图甲是某同学“测量小灯泡电功率”的实物连接图,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)连接好电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应位于 端(选填“a”或“b”)。
(2)闭合开关,移动滑动变阻器滑片P到某一位置时,电压表的示数如图乙,若要测量小灯泡的额定功率,接下来的操作是 。
(3)小科同学测量了六组且记下对应的电压表(0.5V、1V、…、3V)和电流表的示数,并绘制成图丙所示的I﹣U图像,由此可算出小灯泡的额定功率是 W。
(4)某同学继续利用图甲所示装置,探究电流与电压的关系是否可行,说明理由 。
【解答】解:(1)为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应处于最大阻值处,即a端;
(2)灯在额定电压下正常发光,图中电压表选用小量程,分度值为0.1V,示数为1.2V,小于灯的额定电压2.5V,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b端移动,直到电压表示数为额定电压2.5V;
(3)根据绘制成图丙所示的图象知,灯在额定电压下的电流为0.4A,小灯泡的额定功率是:
P=UI=2.5V×0.4A=1W;
(4)在探究电流与电压的关系时需要控制电阻不变,而灯的电阻随温度的变化而变化,所以不可行。
故答案为:(1)a;(2)滑片向b端移动,直到电压表示数为额定电压2.5V;(3)1;(4)在探究电流与电压的关系时需要控制电阻不变,而灯的电阻随温度的变化而变化。
5.如图甲为测量小灯泡的电功率实验的电路实物图,其中电源电压为7V恒定不变,小灯泡的额定电压为2.5V。
请回答:
(1)请用笔画线代替导线将图甲电路连接完整(要求滑动变阻器滑片向左移动时灯泡变亮)。
(2)闭合开关,移动滑片,使小灯泡正常发光,此时电流表示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
(3)实验中滑动变阻器的最大阻值不能小于 Ω。
(4)如图丙是只用电压表就能测量额定电压为U额的小灯泡额定功率的电路图。其中电源电压恒定,R0为已知阻值的定值电阻。在完成“闭合S和S1,断开S2,移动滑动变阻器滑片P,使电压表示数为U额''的实验操作后,下一步的操作是 。
【解答】解:(1)滑动变阻器采用“一上一下”的连接方式接入电路,且与小灯泡串联,滑动变阻器滑片向左移动时灯泡变亮,即接入电阻变小,故滑动变阻器应选A接线柱,电路连接如图所示:
(2)电流表接在0~0.6A量程,分度值为0.02A,故读数为0.3A,根据P=UI可求小灯泡的额定功率为P额=U额I额=2.5V×0.3A=0.75W;
(3)灯泡正常发光,滑动变阻器两端的电压为U滑=U﹣U额=7V﹣2.5V=4.5V;
实验中滑动变阻器的最大阻值不能小于:
R滑15Ω;
(4)根据P=UI知要测量小灯泡的额定功率,需要测量出小灯泡的额定电压和额定电流,由于电压表只能测量电压,要想测量小灯泡的额定电流,需要使小灯泡与定值电阻串联,当小灯泡正常发光时通过定值电阻的电流与小灯泡的电流相同,故步骤为:
①闭合S和S1,断开S2,移动滑动变阻器滑片P,使电压表示数为U额;
此时电压表测小灯泡两端的电压,让小灯泡正常发光;
②闭合S和S2,断开S1,滑动变阻器位置不变,读出电压表示数U1;
此时电压表测待测电阻和灯泡两端的电压,不能移动滑动变阻器的滑片,是为了保证小灯泡正常发光,定值电阻两端电压为U0=U1﹣U额,
小灯泡的额定电流为:I额;
小灯泡的额定功率为:P额=U额I额。
故答案为:(1)见解答图;(2)0.75 (3)15;(4)闭合S和S2,断开S1,滑动变阻器位置不变,读出电压表示数U1。
6.小明想测量标有“2.5V”字样的小灯泡在不同电压下的电功率,他连接了如图1所示实验电路,电源电压为3伏不变。实验中,在一定范围内将滑动变阻器的滑片从阻值最大处开始移动,记录了多组电压表和电流表的示数,描绘出如图2所示图像。请回答:
(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移动至最 (填“左”或“右”)端。
(2)闭合开关,发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片,电压表和电流表均无示数,随后将小灯泡与滑动变阻器的位置互换,电压表有示数,电流表依旧无示数,则电路故障可能是 。
(3)实验中根据 (填“灯泡亮度”“电压表示数”或“电流表示数”)确定小灯泡是否正常发光。
(4)对图2进行分析:当电流由I1增大到I2时,判断此过程小灯泡实际功率的变化量ΔP灯与滑动变阻器功率的变化量ΔP额哪一个更大?请结合图中信息说明理由: 。
【解答】解:(1)闭合开关前,为保护电路,应将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处,即最左端,
(2)闭合开关后,发现小灯泡不亮,电流表和电压表均无示数,说明电路中存在断路,随后将小灯泡与滑动变阻器的位置互换,电压表有示数,电流表依旧无示数,说明电路中仍存在断路,且断路位置为与电压表并联部分,即电路故障可能是滑动变阻器断路;
(3)小灯泡的额定电压为2.5伏,即可以通过调节滑片使电压表的示数为2.5伏,从而判断小灯泡是否正常发光了。
(4)设电流为 I1时,小灯泡电压为U1,滑动变阻器电压为U滑1= 3V﹣U1;电流为 I2时,小灯泡电压为 U2,滑动变阻器电压为U滑2=3V﹣U2小灯泡功率变化量P灯=U2I2﹣U1I1;滑动变阻器功率变化量:ΔP滑=U滑2I2﹣U滑1I1=(3﹣U2)I2﹣(3﹣U1)I1= 3(I1﹣I2)+(U2I2﹣U1I1),由图象可知,电流增大时小灯泡电压也增大,且I2>I1,因此3(I1﹣I2)<0,即ΔP滑 =ΔP灯+3(I1﹣I2)<ΔP灯故小灯泡实际功率的变化量ΔP灯 更大。
故答案为:(1)左;
(2)滑动变阻器断路;
(3)电压表示数;
(4)小灯泡实际功率的变化量 ΔP灯更大。
7.福甘同学要测量标有“2.5V 0.75W”的小灯泡的电功率,部分实物电路如图甲所示。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中电路连接完整(要求:滑片P向右移动时小灯泡变亮)。
(2)将滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,闭合开关前,小刚发现电压表指针如图乙所示,则接下来的操作应是 (填字母)。
A.将电压表正负接线柱上的导线对调
B.用螺丝刀将电压表调零
C.观察电流表和电压表的示数
(3)在移动滑动变阻器滑片P的过程中,小刚记录了多组数据,并画成如图丙所示的I一U图像,由此可知,电压为2.5V时小灯泡的电功率为 W。
反思:为什么测量得到的额定功率明显小于标识的“0.75W”?福甘重复实验,测量结果还是一样,仔细检查小灯泡无破损,只是玻璃泡内侧覆盖着一层灰色物质。另外还有几个同学也出现相似的结果,他们向老师反馈,老师重新给他们提供了相同规格的新的小灯泡,再次实验后,测得额定功率结果均为0.75W。实验证明,用旧的小灯泡的额定功率会变小。
(4)为什么用旧的小灯泡的额定功率会变小?福甘查阅资料。在白炽灯工作时,钨丝会因电流通过而发热至高温,灯泡内部不能有氧气,也不是真空,而是充入惰性气体,有氧气钨丝易被氧化,真空时钨丝在高温下容易升华。请简单说明旧的小灯泡的额定功率会变小的原因 。
【解答】解:(1)滑动变阻器的左下方接线柱与电源正极相连时,滑片P向右移动时小灯泡变亮,如下图所示:
;
(2)滑动变阻器的滑片P移到阻值最大处,闭合开关前,小刚发现电压表指针如图乙所示,电压表指针向左偏,说明没有调零,则接下来的操作应是用螺丝刀将电压表调零,故选:B;
(3)由图丙可知,电压表的示数为2.5V时,通过的电流为0.25A,则小灯泡额定功率是P=UI=2.5V×0.25A=0.625W;
(4)旧的小灯泡的额定功率会变小的原因是白炽灯工作时,钨丝升华成钨蒸气,使得灯丝变细,电阻变大,在两端电压一定时,根据P得,功率变小。
故答案为:(1);(2)B;(3)0.625;(4)白炽灯工作时,钨丝升华成钨蒸气,使得灯丝变细,电阻变大,在两端电压一定时,根据P得,功率变小。
8.为了测定小灯泡的电功率,小龙利用电压为3伏的电源、合适规格的滑动变阻器、标有“2.5V”字样的小灯泡等器材按图甲方式连接电路进行实验。
(1)闭合开关,移动滑动变阻器滑片,某一时刻电压表的示数如图乙所示,其示数为 伏。
(2)读数后为了测定小灯泡的额定功率,小龙接下来的操作是 。
(3)小龙多次实验,画出小灯泡的I﹣U关系如图丙所示,并划分为6块区域,面积分别为S1﹣S6当电流为I1时小灯泡的实际功率可以用图丙中的 表示。
(4)小龙分析图中数据得出:当电流由I1逐渐增大到I2时,滑动变阻器消耗电功率的变化量ΔP滑小于小灯泡消耗实际电功率的变化量ΔP灯,则ΔP灯与ΔP滑的差值为 (用图丙中字母表示)。
【解答】解:(1)电压表量程0~3V、量程0.1V,读数为1.5V;
(2)读数后电压值为1.5V,为了测定小灯泡的额定功率,移动滑动变阻器将小灯泡两端的电压变大,小龙接下来的操作是向左移动滑动变阻器,使电压表示数为2.5V,记下电流表的示数;
(3)由小灯泡的I﹣U关系图像可知:电流为I1时,小灯泡电压与电流的乘积等于面积S1,因此小灯泡的实际功率可以用图丙中的S1表示;
(4)分析图像,当电流为I1时:P灯1=S1;P总1=S1+S2+S3;P滑1=P总1﹣P灯1=S2+S3;
当电流为I2时:P灯2=S1+S2+S4+S5;P总2=S1+S2+S3+S4+S5+S6;P滑2=P总2﹣P灯2=S3+S6;
△P灯=P灯2﹣P灯1=S2+S4+S5;△P滑=P滑1﹣P滑2=S2﹣S6;
ΔP灯与ΔP滑的差值为:△P=△P灯﹣△P滑=S4+S5+S6。
故答案为:(1)1.5;(2)向左移动滑动变阻器,使电压表示数为2.5V,记下电流表的示数;(3)S1;(4)S4+S5+S6。
9.小金在进行“测量小灯泡额定功率”的实验,现有器材:电源(电压恒为6V),开关,电压表、电流表各一个,导线若干,额定电压为3.8V的待测小灯泡(电阻约为12Ω),滑动变阻器两个(M:“5Ω 2A”:N:“20Ω 0.5A”)。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲中电路连接完整。(要求滑片向右移动灯泡变亮)
(2)实验中,应选用的滑动变阻器是 (选填“M”或“N”)。
(3)该组的另一同学在实验时,发现电压表0~15V量程已经损坏,0~3V量程还可以正常使用,在不添加器材的情况下,为了测出该小灯泡的额定功率,请你帮助该同学提出一种解决的方案 。
(4)在将滑片P从阻值最大处慢慢变小滑动过程中,小组同学记录了多组电压表和电流表数据,描绘出如图乙所示的U﹣I图像。
①通过图像可知灯泡电阻随着电流的增大而 (填写“增大”、“不变”或者“减小”)。
②若图中的阴影部分表示电压为3.8V时灯泡消耗的实际功率大小,请你在图中将表示此时滑动变阻器消耗的实际功率大小的区域涂黑。
【解答】解:(1)滑动变阻器接一个上接线柱和一个下接线柱串联在电路中,因为小灯泡的额定电压为3.8V,所以电压表的量程为0﹣15V,且电压表应与灯泡并联;
如图所示:
;
(2)灯的额定电流约为:
I0.32A,
当灯正常发光时,变阻器连入电路中的电阻:R滑6.88Ω>5Ω,故应选用的滑动变阻器是N;
(3)根据串联电路的规律,当变阻器的电压为:6V﹣3.8V=2.2V时,灯正常发光,故可将电压表使用小量程与变阻器并联,移动变阻器的滑片,当电压表示数为2.2V时,记下电流表的示数,如图所示:
;
(4)①由图像知电压变化较大,电流变化较小,由R知灯泡电阻随着电流的增大而增大;
②由题意知图中阴影部分表示电压为3.8V时灯泡消耗的实际功率大小,根据串联电路电压的规律知滑动变阻器两端的电压为:U滑=U﹣UL=6V﹣3.8V=2.2V,根据串联电路电流的规律知通过小灯泡的电流和通过滑动变阻器的电流相同,由P=UI知滑动变阻器的电功率为:P滑=U滑I=2.2V×I,此时滑动变阻器消耗的实际功率大小如下图所示:
。
10.小明在做测定小灯泡额定功率实验时,所用电源电压为6伏恒定不变,小灯泡的额定电压为2.5伏。
(1)请用笔画线代替导线,完成电路连接,要求滑片P向右滑动时,电流表的示数变大。
(2)小明测得小灯泡在不同电压下的电流,在图乙中画出图线a,则额定功率是 瓦。
(3)根据曲线a小明发现小灯泡灯丝的阻值会随着温度的变化而变化,但不能直观判断“小灯泡电阻是随着温度的升高变大还是变小”。老师建议他在图乙中再画出定值电阻曲线b,只要比较图乙中的A、B、C三点,就能比较出灯丝电阻随温度变化的情况。请简要说明小明的比较过程。
(4)根据曲线a和其他器材分析,现有两种规格的滑动变阻器:甲“10Ω 1A”,乙“20Ω 0.5A”应选用的滑动变阻器的是 (填“甲”或“乙”)。
【解答】解:(1)要求滑片P向右滑动时,电流表的示数变大,可知电路的电阻变小,变阻器右下接线柱连入电路中,如下所示:
(2)根据图乙中画出图线a知,灯在额定电压为2.5V时,电流为0.3A,则额定功率是
PL=ULIL=2.5V×0.3A=0.75W
(3)由图知,b是定值电阻的图线,故A、B点电阻相相同,C与A点的电压相同,由图知,C比A电流大,由欧姆定律可知,C比A电阻小,即C比B电阻小,即RC<RA=RB
(4)灯的电压为2.5V时,电流为0.3A,根据串联电路的规律及欧姆定律,变阻器连入电路的电阻为
R滑10Ω
故选用乙变阻器。
故答案为:(1)见解析中的图;(2)0.75;(3)见解析;(4)乙
11.小黄同学现有一个标有“2.5V”字样的小灯泡,他想知道小灯泡的额定功率,于是连接了如图甲所示的实验电路。
(1)小黄把滑片移到最左端,闭合开关发现小灯泡不亮,但发现电流表有示数,请分析小灯泡不亮的原因是 。
(2)排除故障后,小黄移动滑片读出了三组实验数据。粗心的小黄把三次数据随手写在草稿纸上(如图乙)而没有填写在对应的表格中。请你根据数据帮助小黄计算出小灯泡的额定功率为 W。
(3)完成上述实验后,小黄向老师借了一个电阻箱和一个单刀双掷开关,借助部分现有的实验器材,设计了如图丙所示的电路,也测出了灯泡的额定功率。
①检查电路无误后闭合开关S1,将S2拨到触点2。调整变阻器电阻,当电压表示数为U额时,读出电阻箱的电阻为R。
②保持电阻箱电阻不变,将S2拨到触点1,读出此时电压表的示数U0。
③求出小灯泡的额定功率P额= 。(用U额、U0、R表示)
【解答】解:
(1)小黄把滑片移到最左端(此时变阻器接入电路的阻值最大),闭合开关发现电流表有示数,说明电路是通路,而小灯泡不亮,根据滑片的位置可知可能是电路中电流太小、小灯泡实际功率太小造成的,也可能是小灯泡短路了;
(2)由图乙可知,电压从小到大依次为2V、2.5V和3V,电流从小到大依次为0.26A、0.3A和0.32A;
该小灯泡在2.5V的电压下正常发光,且通过小灯泡的电流随它两端电压的增大而增大,故灯泡的电压为2.5V时对应的电流为0.3A,
则小灯泡的额定功率为:PL=ULIL=2.5V×0.3A=0.75W;
(3)小黄用如图丙所示的电路,也测出了灯泡的额定功率;
在步骤①中,灯泡和电阻箱串联,电压表测灯泡两端的电压,调节电阻箱的电阻,当电压表示数为U额时,读出电阻箱的电阻为R,此时灯泡正常发光;
在步骤②中,灯泡和电阻箱仍串联,电压表测灯泡与电阻箱两端的总电压,且示数为U0,因为此时电路连接方式不变,各电阻的大小和电压不变,则灯泡仍正常发光,
根据串联电路的电压规律,此时电阻箱两端的电压为:UR=U0﹣U额,
由欧姆定律可得,通过电阻箱的电流为:I0,
根据串联电路的电流规律,灯泡的额定电流为:I额=I0,
则灯泡额定功率的表达式为:P额=U额I额=U额•。
故答案为:(1)电路中电流太小,小灯泡的实际功率太小(或小灯泡短路);(2)0.75;(3)U额•。
12.某灯泡上标有“7.*,0.5A”的字样,其中额定电压值不清,估计在7.0V~7.9V之间,因为灯泡的电阻会随温度的升高而增大,要测定小灯泡的额定功率,必须测出其额定电压。现有实验仪 器:一只电压恒定的电源(电压值未知)一只电流表、一只标有“20Ω.5A”滑动变阻器R、一只阻值为10Ω的定值电阻、开关和导线若干。
某项目化小组反复讨论后,设计了图甲所示的电路图,并开展实验。
(1)滑片位于a端时,只闭合S和S1,电流表示数如图乙为 A,求出电源电压。
(2) (请补充具体操作),移动滑动变阻器的滑片,使电流表的示数为0.5A,此时小灯泡正常发光。
(3)当小灯泡正常发光时,保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S1、断开S2,读出电流表示数为0.6A,求出此时滑动变阻器接入电路的阻值R。
(4)通过计算得出灯泡的额定电功率为 W。
【解答】解:(1)滑片位于a端时,只闭合S和S1,滑动变阻器R电阻全部连入电路,且与定值电阻R0串联,灯泡正常发光时的电流为0.5A,则电流表选择小量程,示数为:I1=0.4A;
则电压电压为:
U=I(R最大+R0)=0.4A×(20Ω+10Ω)=12V;
(2)只闭合S和S2,调节滑动变阻器的滑片,使电路中的电流为0.5A,此时小灯泡正常发光;
(3)当小灯泡正常发光时,保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S1、断开S2,读出电流表示数I2=0.6A,则此时定值电阻两端的电压为:
U定=I2R0=0.6A×10Ω=6V,
此时滑动变阻器两端电压为:U'=U﹣U定=12V﹣6V=6V,
则滑动变阻器连入电路的电阻为:
R10Ω;
(4)当灯泡正常发光时,滑动变阻器两端的电压为:U“=IR=0.5A×10Ω=5V,
则此时灯泡两端的电压即额定电压为:
U额=U﹣U″=12V﹣5V=7V,
灯泡的额定电功率为:
P=U额I=7V×0.5A=3.5W。
故答案为:(1)0.4;(2)只闭合S和S2;(4)3.5。
13.小龙用如图甲所示的电路测量额定电流为0.5A小灯泡的额定功率,Ra是一个阻值可连续调节且可读数的变阻器。实验步骤如下:
①小龙将滑片P位于α端时,闭合开关S和S1,断开开关S2,此时电流表示数如图乙。
②移动滑片使电流表的示数为0.5安。
③ ,读取此时Ra的数值,Ra的示数即为灯泡的阻值。
④根据公式,求出小灯泡的额定功率。
(1)图乙中电流表示数为 安。
(2)请完成步骤③的操作 。
(3)闭合开关S和S2,断开S1,保持滑动变阻器的滑片位置不变,分别用10欧、20欧、30欧和40欧的定值电阻替换图甲电路中的Ra,测出相应的电流,并在电流表表盘上标出所测电流对应的电阻值,就能将电流表改装成一个可以直接读出电阻阻值的仪表。请在图丙上画出10欧、20欧、30欧和40欧的大致位置。
【解答】解:(1)由图可知电流表接入电路的是小量程,分度值为0.02A,示数为0.12A;
(2)保持滑片位置不变,断开S1,闭合开关S和S2,调节Ra,使电流表的示数仍为0.5A,此时滑动变阻器和Ra串联接入电路,根据等效代替法可知Ra接入电路的电阻等于灯泡正常发光时的电阻;
(3)闭合开关S和S2,断开S1,保持滑动变阻器的滑片位置不变,滑动变阻器和定值电阻串联接入电路,串联电路总电阻等于各部分电阻之和,根据欧姆定律可得此时通过电路的电流:I,分析函数关系可知接入电路的定值电阻的阻值越大,通过电路的电流越小,且通过电路的电流与定值电阻的阻值不成反比,故电流表改装的电阻阻值的仪表刻度不均匀,10欧、20欧、30欧和40欧的大致位置如图:
。
故答案为:(1)0.12;(2)保持滑片位置不变,断开S1,闭合开关S和S2,调节Ra,使电流表的示数仍为0.5A;(3)如上图。
14.小芳到实验室做“测量小灯泡额定功率”的实验时,老师只给她提供了如下器材:标有“2.5V”的小灯泡、电源、滑动变阻器、开关、两个电压表(没有电流表)、阻值为10Ω的定值电阻R0、导线若干。她根据所给定的器材经过认真思考后设计了正确的实验电路,如图甲是该电路的不完整电路图。
(1)请你将甲电路图补充完整。
(2)闭合开关前,应将滑动变阻器调至阻值 的位置。
(3)闭合开关后,为了测量小灯泡的额定功率,应调节滑动变阻器,使电压表的示数为 V,此时电压表的示数如图乙所示,是 V。
(4)小灯泡的额定功率为 W。
(5)她还进一步设计出了只有电流表没有电压表解决这个问题的方法,其电路如图丙所示,R0=10Ω,并认为关键的一步是必须调节滑动变阻器,使电流表的示数为 A时,再读出电流表的示数,才能计算出小灯泡的额定功率。
【解答】解:(1)根据实验原理R可知,在没有电流表的情况下,利用电压表和定值电阻代替电流表的作用,采用分压电路,电压表V 2并联在定值电阻两端,电路如图所示:
(2)闭合开关前滑片滑到阻值最大处;
(3)因为小灯泡的额定电压为2.5V,闭合开关后,为了测量小灯泡的额定功率,应调节滑动变阻器,使电压表V1的示数为2.5V,
电压表V2量程为0~3V,分度值为0.1V,此时示数为U2=2.4V;
此时电路中的电流为I=IL=I00.24A;
(4)小灯泡的额定电功率为:PL=ULIL=2.5V×0.24A=0.6W;
(5)要测量小灯泡的额定功率,小灯泡两端的电压为额定电压,根据并联电压相等,则定值电阻两端电压等于2.5V,又知R0=10Ω,
故电流表A2的示数为I20.25A。
故答案为:(1)如上图所示;(2)最大;(3)2.5;2.4;(4)0.6;(5)0.25。
15.某灯泡上标有“7.*V,0.5A”的字样,其中额定电压值不清,估计在7.0V~7.9V之间因为灯泡的电阻会随温度的升高而增大,要测定小灯泡的额定功率,必须测出其额定电压。现有实验仪器:一只电压恒定的电源(电压值未知)、一只电流表、一只标有“20Ω 1.5A”滑动变阻器R、一只阻值为10Ω的定值电阻R0、开关和导线若干。
某项目化小组反复讨论后,设计了图甲所示的电路图,并开展以下实验。
①滑片P位于a端时,只闭合开关S和S1,此时电流表示数如图乙为 A,计算出电源电压。
② (请补充具体操作),此时小灯泡正常发光。
③当小灯泡正常发光时,保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S1、断开S2,读出电流表示数为0.6A,则求出此时变阻器接入电路的阻值R。
④通过计算得出灯泡的额定电功率为 W。
【解答】解:①只闭合开关S和S1,滑片P位于a端时,滑动变阻器R电阻全部连入电路且与定值电阻R0串联,
灯泡正常发光时的电流为0.5A,则电流表选择小量程,示数为:I1=0.4A;
则电压电压为:U=I1(R最大+R0)=0.4A×(20Ω+10Ω)=12V;
②只闭合开关S和S2,调节滑动变阻器的滑片,使电路中的电流为0.5A,此时小灯泡正常发光;
③当小灯泡正常发光时,保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S1、断开S2,读出电流表示数为:I2=0.6A,
则此时定值电阻两端的电压为:U定=I2R0=0.6A×10Ω=6V,
此时滑动变阻器两端电压为:U′=U﹣U定=12V﹣6V=6V,
则滑动变阻器连入电路的电阻为:R10Ω;
④当灯泡正常发光时,滑动变阻器两端的电压为:U″=IR=0.5A×10Ω=5V,
则此时灯泡两端的电压即额定电压为:U额=U﹣U″=12V﹣5V=7V,
灯泡的额定电功率为:P=U额I=7V×0.5A=3.5W。
故答案为:①0.4;②只闭合开关S和S2,调节滑动变阻器的滑片,使电路中的电流为0.5A;③滑动变阻器连入电路的电阻为10Ω;④3.5。
16.小科到实验室做“测量小灯泡额定功率”的实验时,老师只给他提供了如下器材:标有“2.5V”的小灯泡、电源、滑动变阻器、开关、两个电压表(没有电流表)、阻值为5Ω的定值电阻R0、导线若干。他根据所给定的器材经过认真思考后设计了正确的实验电路,如图甲是该电路的不完整电路图。
(1)闭合开关后,为了测量小灯泡的额定功率,应调节滑动变阻器,使电压表V1的示数为 V,此时电压表V2的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
(2)他还进一步设计出了只有电流表没有电压表来解决这个问题的方法,其电路如图丙所示,R0=5Ω,其中关键的一步是必须调节滑动变阻器,使电流表A2的示数为 A时,再读出电流表A1的示数,才能计算小灯泡的额定功率。
【解答】解:(1)小灯泡的额定电压为2.5V,为了测量小灯泡的额定功率,应调节滑动变阻器,使电压表V1的示数为2.5V;由图乙可知,电压表V2的量程为0~3V,分度值为0.1V,示数为2.4V;
串联电路中的电流为:
I=I00.48A;
灯泡的额定功率为:
P=U额I=2.5V×0.48A=1.2W;
(2)要使小灯泡正常发光,则并联电路两端的电压为2.5V,
则通过定值电阻的电流为:
I'0.5A;即电流表A2的示数为0.5A。
故答案为:(1)2.5;1.2;(2)0.5A。
17.小衢在做“测量小灯泡电功率”的实验,实验前他观察到小灯泡上标有“1.5V”字样,灯泡阻值约为8欧,实验所用电源是两节新的干电池(3V)。
(1)在电路连接完成后,闭合开关前,同组同学检查电路,发现她有一根导线连接错误,请你在连接错误的导线上打“×”,并在图中正确连线。
(2)纠正错误后,小衢正确连接好电路,闭合开关后发现小灯泡不亮。小衢经过进一步的观察和实验,判断是滑动变阻器断路了。以下观察或操作能帮助小柯确定故障原因的是 (故障只有一处)。
A.直接观察到电流表有示数,电压表无示数
B.直接观察到电流表无示数,电压表有示数
C.直接观察到电流表和电压表都无示数
D.将一根导线并联在滑动变阻器两端,小灯泡发光了
(3)为了完成实验,小衢需要更换滑动变阻器。老师给他提供了三种规格的滑动变阻器:A.“5欧2A”;B.“20欧2A”;C.“500欧2A”,小衢认为阻值小的到时候会出现分压不够大的问题,肯定是用阻值最大的变阻器好,你赞同吗?请说明理由。 。
【解答】解:(1)滑动变阻器在接入电路中时应采用一上一下的接法,如图所示:
(2)本题的电路图中若滑动变阻器断路,观察到电流表,电压表都没有示数,且将一根导线并联在滑动变阻器两端,小灯泡发光了,故AB错误,CD正确;
(3)不赞同;滑动变阻器在电路中起分压作用,阻值够用就好,阻值太大不便于调节。
18.探究小组在进行“测定小灯泡的电功率”的实验中,所用电源电压保持3V不变,小灯泡额定电压为2.5V。
(1)图甲为连接的部分电路,请补充完整,要求当滑片向右滑时,电压表示数增加。
(2)在将滑片P从阻值最大处慢慢变小滑动过程中,小组同学记录了多组电压表和电流表数据,描绘出如图乙所示的I﹣U图像。
①通过图像可知灯泡电阻随着电流的增大而 (填写“增大”、“不变”或者“减小”)。
②若图中的阴影部分表示电压为2.0V时灯泡消耗的实际功率大小,请你在图中将表示此时滑动变阻器消耗的实际功率大小的区域涂黑。
【解答】解:(1)由图可知,灯泡、滑动变阻器和电流表串联,电压表并联在灯泡两端;当滑片向右滑时,电压表示数增加,根据串联电路规律可知,滑动变阻器两端电压减小,根据分压原理可知,滑动变阻器接入电路的阻值变小,故滑动变阻器选用右下接线柱与开关串联在电路中,如下图所示:
;
(2)①由图乙可知,当通过灯泡的电流增大,灯泡两端电压也增大,根据P=UI可知,灯泡实际功率变大,温度升高,灯丝的电阻随温度的升高而增大,即灯泡电阻随着电流的增大而增大;
②若图中的阴影部分表示电压为2.0V时,灯泡消耗的实际功率大小,根据串联电路电压规律,滑动变阻器两端电压为U滑=3V﹣2V=1V,根据串联电路电流特点,通过滑动变阻器的电流与小灯泡的电流相同,由P=UI知滑动变阻器的功率为:
P滑=U滑I=1V×I,此时滑动变阻器所消耗的电功率的区域如下图所示:
。
故答案为:(1)见解答图;(2)①增大;②见解答图。
19.某兴趣小组连接了图甲电路来测量小灯泡的电功率。实验器材有电源(可选电压为4.5V、6V),规格为“20Ω 2A”的滑动变阻器一个,小灯泡(额定电压为2.5V,额定功率小于0.75W)一个,电压表、电流表各一个,开关、导线若干。
(1)甲图连接的电路有一处错误,请把接错的那一根导线找出来打“×”,用笔画线代替导线画出正确的连接。
(2)正确连接电路后,当变阻器的滑片P在中点时小灯泡正常发光,则该小灯泡的额定功率为 瓦。
(3)该小组同学又设计了如图乙所示电路,利用阻值为R0的定值电阻和电压表V1、V2等器材,测量额定电压为U额的小灯泡L的额定功率,检查无误后进行实验。
①闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表V1的示数为U额,同时读出另一个电压表的示数,记为U;
②用已知科学量和测量量的符号表示出小灯泡额定功率P额为 。
【解答】解:(1)原电路图中,灯泡没有接入电路,电压表串联在电路中是错误的,在测量小灯泡的电功率实验中,灯泡、滑动变阻器和电流表串联,电压表并联在灯泡两端,如下图所示:
;
(2)已知小灯泡额定电压为2.5V,额定功率小于0.75W,由P=UI可知,小灯泡额定电流小于I'0.3A;
假设灯泡额定电流为0.3A,当变阻器的滑片P在中点时小灯泡正常发光,此时电源电压为U'=UL+I'R滑=2.5V+0.3A×10Ω=5.5V,
因可选电源电压为4.5V和6V,故该实验所用的电压为U源=4.5V;
当滑动变阻器的滑片P在中点时小灯泡正常发光,此时滑动变阻器两端电压为U滑=U源﹣UL=4.5V﹣2.5V=2V,
根据串联电路电流特点,小灯泡额定电流为IL=I滑0.2A,
则小灯泡额定功率为:
PL=ULIL=2.5V×0.2A=0.5W;
(3)由图乙可知,灯泡、R0和滑动变阻器串联,电压表V1测灯泡两端电压,电压表V2测灯泡和R0两端电压,移动滑动变阻器的滑片P,使电压表V1的示数为U额,此时灯泡正常发光;
根据串联电路电压规律,R0两端电压为U0=U﹣U额,
根据串联电路电流特点,灯泡额定电流为I额=I0,
则小灯泡额定功率为:
P额=U额I额=U额•。
故答案为:(1)见解答图;(2)0.5;(3)U额•。
20.小黄用图甲所示的电路测量小灯泡的电功率,实验所用电源电压恒为3V,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)小黄连接好电路后,闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表、电压表均有示数,接下来他首先应进行的最合理操作是 。
A.更换小灯泡
B.检查电路是否断路,看开关是否接触不良
C.将电源正负极对调
D.移动滑动变阻器的滑片,观察小灯泡是否发光
(2)解决上述问题后,小黄继续实验并记录数据,得到小灯泡U﹣I图像如图乙所示,则小灯泡的额定功率是 瓦。
(3)在滑动变阻器滑片移动过程中,电路消耗的总功率和小灯泡的功率随电流变化如图丙所示,请判断当电流为I1时,图中线段AB长度表示的是 。
【解答】解:(1)小黄连接好电路后,闭合开关,发现电流表有示数,说明电路是通路,电压表有示数,说明灯泡没有短路,小灯泡不亮,说明灯泡的实际功率太小,因此接下来他首先应进行的最合理操作是移动滑动变阻器的滑片,观察小灯泡是否发光,故选:D;
(2)由图乙可知,当灯泡两端电压为2.5V时,通过灯泡的额定电流为0.3A,则小灯泡额定功率为:
P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(3)电路消耗的总功率P总=P滑+P灯,则滑动变阻器消耗的功率P滑=P总﹣P灯,从图丙中可知,当电流为I1时,图中线段AB长度表示的是滑动变阻器消耗的功率。
故答案为:(1)D;(2)0.75;(3)滑动变阻器消耗的功率。
21.在测量小灯泡的电功率的实验中,小灯泡的额定电流为0.3A,灯丝阻值在10Ω~15Ω之间,所提供的器材有:电流表(0~3A量程已损坏)、电压表、电源(电压恒为6V)、开关各一个、滑动变阻器(50Ω 1A)一个、导线若干。
(1)如图甲所示是小科没有连接完的实物电路,请用笔画线代替导线将实物图补充完整。
(2)电路连接完成后,闭合开关,小科发现小灯泡不亮,电压表没有示数,电流表指针有明显的偏转,请你帮忙分析电路故障原因可能是 。
(3)故障排除后重新闭合开关,移动滑片,当电流表的示数为0.3A时,电压表的示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
(4)小科利用该电路探究电流跟电阻的关系,他将小灯泡换成多个定值电阻,保持电压表示数始终为3V不变,多次更换阻值不同的定值电阻,并记录各次电流表的示数,若不更换其他器材,为了能够安全、顺利地完成实验,更换的电阻阻值范围是 Ω。
【解答】解:(1)灯泡额定电流为0.3A,灯丝阻值在10Ω~15Ω之间,则根据U=IR可知,灯泡额定电压在3V~4.5V之间,故电压表应选0~15V量程,电压表与灯泡并联,电路图如图所示:
(2)电流表有示数说明电路为通路,电压表无示数示数说明与电压表并联部分被短路,即小灯泡短路;
(3)电压表量程是0~15V,由图乙可知,电压表分度值是0.5V,电压表示数是4V;
灯泡额定功率:P额=U额I额=4V×0.3A=1.2W;
(4)在探究电流跟电阻的关系的实验中,保持电阻两端的电压为3不变,则根据串联电路的电流相同的特点得:
I定值=I滑动,
即:,,
故R定值=R滑动,
因为R滑动≤50Ω,所以R定值≤50Ω;
因为电流表的量程为0~0.6A,即最大电流为0.6A,总电阻最小为:R总小10Ω,
又因为R定值=R滑动,所以R定小R总小10Ω=5Ω,
所以定值电阻的范围为5~50Ω。
故答案为:(1)见上图;(2)小灯泡短路;(3)1.2;(4)5~50。
22.如图甲为“测量小灯泡电功率”的实验电路,电源电压为3V,小灯泡的额定电压为2.5V。
(1)小科把滑动变阻器的滑片移到最左端,闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表示数为零,电压表的示数接近电源电压。这可能是因为 造成的。
A.小灯泡断路
B.小灯泡短路
C.电流表短路
D.滑动变阻器断路
(2)排除故障后,小科移动滑动变阻器的滑片,读出了三组实验数据。粗心的小科把三次数据随手写在草稿纸上(如图乙)而没有填写在对应的表格中。请你帮助小科计算出小灯泡的额定功率为 W;
(3)通过思考,小科设计了如图丙所示电路来测量小灯泡的额定功率,已知R0=5Ω。其中关键的一步是必须调节滑动变阻器滑片的位置,使电流表A2的示数为 A时,再读出电流表A1的示数,才能计算出小灯泡的额定功率。
【解答】解:(1)闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表示数为零,说明电路断路,电压表的示数接近电源电压,电压表与电源两极连通,所以与电压表并联的支路以外的电路是完好的,则与电压表并联的支路断路了,即可能是小灯泡断路,故选A;
(2)小灯泡在2.5V的电压下正常发光,通过小灯泡的电流随电压的增大而变大,故2.5V时的电流应为0.3A,小灯泡的额定功率为:
P=ULIL=2.5V×0.3A=0.75W;
(3)灯在额定电压下正常发光,灯与定值电阻并联,电流表A2测定值电阻的电流,由欧姆定律,当电流表A2数为:
I20.5A时,定值电阻的电压一定为2.5V,根据并联电路电压的规律,灯的电压也为2.5V,灯正常发光,再读出电流表A1的示数,才能计算出小灯泡的额定功率。
故答案为:(1)A;(2)0.75;(3)0.5。
23.小格设计了如图甲所示的电路“测量小灯泡额定功率”,被测小灯泡的额定电压为2.5V(正常发光时灯丝的阻约为10Ω),电源电压恒为6V。
(1)请你按图甲所示的电路,用笔画线代替导线将图乙中的实物电路连接完整。
(2)连好电路后,应将滑动变阻器的滑片P移至B端,然后再闭合开关,此时小格观察到小灯泡不发光,电有示数,电压表无示数,移动滑动变阻器的滑片P,电流表示数有变化,电压表无变化,则电路故障的原因可能是 (选填序号)。
A.小灯泡短路
B.电流表断路
C.小灯泡断路
D.电压表的正、负接线柱接反
(3)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,同时观察电压表示数的变化,直至小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率为 N。
(4)完成实验后,爱动脑筋的小格又设计了一种用已知阻值为R0的定值电阻代替电流表测量小灯泡的额定功率的方案,设计了如图丁所示的电路,将下列实验步骤补充完整。
①检查电路无误后闭合开关S和S1断开S2,移动滑动变阻器滑片P,使电压表的示数为U额。
②保持滑动变阻器的滑片P不动,闭合开关S和S2,断开开关S1,读出电压表示数U1。
③小灯泡额定功率的表达式:P额= 。(用U额、U1、R0表示)
【解答】解:(1)根据欧姆定律知:I0.25A<0.6A,所以电流表选用小量程与灯泡串联;
因为小灯泡的额定电压为2.5V,所以电压表选用0﹣3V的量程与灯泡并联,如下图所示:
;
(2)闭合开关,电流表有示数,说明电路为通路;移动滑动变阻器的滑片P可以改变电流表的示数,说明变阻器没有问题;发现灯泡不发光,电压表示数为0,说明可能小灯泡短路了,导致电压表并联在一根导线两端,故选:A;
(3)闭合开关,移动滑动变阻器的滑片P,同时观察电压表示数的变化,直至小灯泡正常发光,此时电流表的示数如图丙所示,电流表选用小量程,分度值0.02A,其示数为0.34A,则小灯泡额定功率为:
PL=ULIL=2.5V×0.34A=0.85W;
(4)①闭合开关S和S1,断开S2,并调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为U额;此时L、R和变阻器串联,电压表测灯泡两端电压,灯泡正常发光;
②闭合开关S和S2,断开S1,保持滑动变阻器滑片P不动,读出此时电压表示数为U1,电路的连接方式没有发生变化,电压表测L与R的总电压,所以I额=IR,则小灯泡额定功率的表达式为:
P额=U额I额=U额•。
24.小明所在的物理实验小组利用图甲所示的电路测量额定电压为3.8V的小灯泡正常发光时的电阻,电源由三节新干电池串联组成。
(1)图甲中小明将一根导线连接错误,请你在接错的导线上打“×”,并用笔画线代替导线将电路连接正确;
(2)小明测量了小灯泡在不同电压下的电流,并绘制了如图丙A所示的图像,根据图像可知小灯泡的电流与电压并不成正比,原因是 ;
(3)闭合开关,调节滑动变阻器的滑片使小灯泡正常发光,此时电流表示数如图乙所示,则小灯泡正常发光时的电阻是 Ω;
(4)另一组的小李想设计一个电路测灯泡的额定功率,老师给他一个额定电流为0.3A的小灯泡和一个阻值为20Ω的定值电阻R0,电源电压未知。小李设计的电路如图丁,请将以下实验步骤补充完整;
①闭合开关S、S2,调节滑动变阻器的滑片P,使电流表的示数为0.3A;
②保持滑片P的位置不变,断开开关S2,闭合开关S、S1,电流表示数为0.2A;将滑动变阻器的滑片P移到最左端,电流表的示数为0.3A,则小灯泡的额定功率P= W。
【解答】解:(1)实验中,定值电阻与变阻器串联,电压表测量定值电阻电压,电流表测量电路电流,电流表与灯泡串联,电流更改如图所示:
(2)灯泡的电阻随温度的升高而增大,当灯泡的电压、电流均发生改变时,电功率也随之改变,温度随之改变,灯丝电阻也发生改变,所以小灯泡的电流与电压并不成正比。
(3)由图乙可得,电流表的分度值为0.02A,示数为0.4A,由欧姆定律得,小灯泡正常发光时的电阻是;
(4)根据题文信息可知,保持滑片P的位置不变,断开开关S2,闭合开关S1,定值电阻R0与变阻器串联,电流表测量电路电流,电流表示数为0.2A;将滑动变阻器的滑片P移到最左端,电路化为定值电阻R0的简单电路,电流表的示数为0.3A,由欧姆定律可知,电源电压为U电源=I2R0=0.3A×20Ω=6V;变阻器与定值电阻R0串联时,由欧姆定律可知,定值电阻R0的电压为U0=I1R0=0.2A×20Ω=4V;此时变阻器的电压为UP=U电源﹣U0=6V﹣4V=2V;变阻器接入电路中电阻为;灯泡与变阻器串联,且灯泡正常发光时,变阻器的电压为UP′=I2RP=0.3A×10Ω=3V;灯泡的额定电压为UL=U电源﹣UP′=6V﹣3V=3V;小灯泡的额定功率为P=ULI2=3V×0.3A=0.9W。
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