1、第15讲 电功与电功率,1.(2018常德)如图是现代家庭中的电子式电能表,它的示数为318.6 kWh。,找问题知易,2.(2018福建)如图所示是四种家用电器各自消耗1度电可持续正常工作的时 间柱状图,其中额定功率最大的电器是电视机,节能灯正常工作5小时消耗的 电能是0.1kWh。,3.(2018黔南州)1840年,英国物理学家焦耳最先精确地确定了电流产生的热 量跟电流、电阻和时间的关系。从能量转化的角度看,电热器的电热丝工作 时是将电能转化为内能。,4.(2018德州)在测量小灯泡电功率的实验中,电源电压为4.5 V,小灯泡的额定 电压为2.5 V,小灯泡正常发光时的电阻约为10 。 (
2、1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整。要求:当滑动变 阻器的滑片向A端移动时,连入电路的电阻变大,连线不得交叉。,答案 如图所示,(2)小刚同学闭合开关,移动滑片P到某一位置时,电压表示数为2.3(如图乙所 示),若他想测量小灯泡的额定功率,应将图甲中滑动变阻器的滑片P向B(选填 “A”或“B”)端移动,图丙的I-U图像是小刚根据多组实验数据绘制的,根据图像可得小灯泡的额定功率为0.5 W。 (3)由实验中I-U图像发现小灯泡电阻是变化的,影响其变化的主要因素是温 度。 (4)若把小灯泡换成一个定值电阻,还可探究B的关系。 A.电流与电阻 B.电流与电压,体系构建,夯基础学易,
3、考点一 电能 电功5年3考,1.(2018德州)小刚早上8:00出门前查看了他家的电能表示数如图甲所示,然 后关闭家中其他用电器,只让电冰箱工作。下午18:00回家后再次查看电能 表,显示的数字如图乙所示。则小刚家的电冰箱在这段时间内消耗的电能为 0.5 kWh,电冰箱的实际电功率为50 W。,2.(2018内江)如图所示是用来测量电能的仪表,这只电表此时的读数是231.0 kWh,当电路中只有一个电饭煲接入电路,正常工作12 min。发现此电能表的 转盘转过了500转。则这个电饭煲的额定功率是1000 W。,学法提点 电能表是一个测量电能的仪表,涉及电能表的读数、测量电能的 大小以及间接测量
4、用电器电功率的问题是近几年中考热点。常用的用电能 表测量电能的方法有两种:(1)电能表在一段时间前后示数之差就是这段时间 内用电器消耗的电能,注意单位是kWh,最后一位是小数;(2)利用电能表的参 数计算电能。用N(电能表的参数)表示接在该电能表上的用电器每消耗1 kW h的电能转盘转的转数,用n表示只让某一用电器工作一段时间对应电能表的 转盘实际的转数,则这一用电器在这段时间内消耗的电能W= 3.6106 J。,考点二 电功率5年5考,3.(2018呼和浩特)如图是某种电加热器的电路工作原理图。有总控开关S1, 温控开关S2,两个加热电阻丝R1、R2(阻值不变)。该加热器部分参数已知:额 定
5、电压为220 V,加热功率为4 840 W,保温功率为400 W。求: (1)当S1、S2都闭合,该加热器处于加热(选填“加热”或“保温”)状态时,电 路中的总电流; (2)傍晚用电高峰期,若实际电压只有200 V时,加热器保温状态下的实际功 率。(保留整数),答案 (1)22 A (2)331 W,4.(2018陕西)如图1为一款陶瓷电煎药壶,工作电路简化为图2所示,它在工作 时,有高火加热、文火萃取和小功率保温三个过程。已知正常工作时,高火加 热功率为500 W,文火萃取功率为100 W。若壶中药液的总质量为1 kg,且在 额定电压下煎药时,药液的温度与工作时间的关系图像如图3。,图1,图
6、2,图3 (1)观察图像中高火加热过程可知:电煎药壶在前半段比后半段时间的加热效 率低。上述高火加热过程中,1 kg药液所吸收的热量是多少?c药液=4.2103 J/,(kg) (2)分析电路可知:当Sa接2,同时Sb断开时,电路处于文火萃取阶段,电路中的电 阻R2在工作。 (3)已知电阻R2=484 ,求R1的阻值是多少?电煎药壶的额定保温功率是多少 瓦?,答案 (1)3.36105 J (3)121 80 W,学法提点 电学中用电器铭牌和多挡位问题是中考热点。,1.根据用电器的铭牌提供信息,提取电学相关参数,然后按题意进行计算即 可。灯泡上标有“220 V 25 W”的含义:220 V表示
7、该灯泡的额定电压为22 0 V,25 W表示该灯泡的额定功率为25 W。,2.根据额定功率求额定电流:由公式P=UI,得I额= , 根据额定功率求电阻:由公式P=UI,I= ,得P= ,R= ,或P=I2R,R= 。,3.计算多挡位问题的理解(电路中总电压不变)。解决挡位问题的关键是判断 电路电阻的大小。对于家庭电路在不同挡位时总电压不变(220 V),根据P= UI= 知,电阻最小时,总功率最大,用电器处于高温挡;电阻最大时,总功率最 小,用电器处于低温挡。 这类题分为串联和并联两种情况,下面对两种情况分别进行讲解: 串联电路中(如图),开关S2闭合,S1断开,电路中两个电阻串联,为低温挡;
8、开关S1、S2都闭合,电路中 只有一个电阻R2,为高温挡。 并联电路中(如图)开关S2闭合,S1断开时,电路中只有一个电阻R2,为保温挡;开关S1、S2都闭合时, 电路中两个电阻并联,为加热挡。,考点三 测量小灯泡的电功率5年3考,5.(2018滨州)某实验小组的同学用图甲所示器材测量小灯泡电功率,待测小 灯泡L的额定电压为3.8 V,额定功率小于1 W,电源电压恒为6 V,滑动变阻器R 的规格为“20 1 A”,图甲所示是该实验小组没有连接完整的电路。,(1)请你用笔画线代替导线,在图甲中把电路连接完整。,答案 如图所示,(2)正确连接完电路,闭合开关后,发现无论怎样移动滑片,小灯泡不亮,电
9、流表 无示数,电压表示数明显,仔细检查,连接无误,那么出现该状况的原因应该是 B(选填“A”“B”“C”或“D”),A.电流表内部断路了 B.灯泡的灯丝断了 C.灯座内部出现了短路 D.滑动变阻器的电阻线断了,(3)排除故障后,通过正确操作,当灯泡正常发光时,电流表示数如图乙所示,其 值为0.2 A,小灯泡的额定功率为0.76W。 (4)测出小灯泡的额定功率后,再测大于小灯泡额定功率的实际功率,应将滑 动变阻器的滑片向右(选填“左”或“右”)端滑动。 (5)测量小灯泡的电功率不需要(选填“需要”或“不需要”)多次测量求平,均值,原因是小灯泡在不同电压下的功率不同。 (6)图丙是该实验小组的同学
10、测量小灯泡电功率的电路图,测量后他们对测量 结果进行了误差分析,考虑电表本身对电路的影响,该电路主要是由于所测电 流(选填“电压”或“电流”)值偏大引起小灯泡电功率偏大的。,6.(2018南京)在综合实践活动中,科技小组设计了一个能反映水平风力大小 的装置,如图甲所示。电源电压恒为16 V,R0为定值电阻,L为额定电压是2.5 V 的小灯泡,其I-U关系的部分数据如图乙所示,AB为长14 cm、阻值60 粗细均 匀的电阻丝(电阻丝的阻值与长度成正比),OP为质量、电阻均不计的金属细 杆,下端连接一个重2 N的圆球P。闭合开关S,无风时,OP下垂并与A端接触, 此时电流表示数为0.2 A;有风时
11、,OP绕悬挂点O转动,风对球的作用力F方向 始终水平向右。已知OA为10 cm,OP始终与AB接触良好且无摩擦。求: (1)电流表示数为0.2 A时,灯泡的电阻为5。 (2)无风时R0消耗的电功率。,(3)为保护电路,允许风对球施加的最大作用力。,答案 (2)0.6 W (3)1.4 N,学法提点 测量电功率:,1.伏安法测灯泡的额定功率:原理:P=UI;测量器材:电流表和电压表。,2.测量家用电器的实际功率:原理:P= ;测量器材:电能表和秒表。,考点四 焦耳定律5年3考,7.(2018无锡)用如图的装置“探究影响电流热效应的因素”,电阻丝R1和R2 分别密封在两只完全相同的烧瓶中,且R1R
12、2,瓶中装有质量相等的煤油。下 列说法正确的是 ( C ) A.该装置用来探究电流热效应与电流大小的关系 B.闭合开关后,装R1电阻丝的烧瓶中温度计示数上升较高 C.实验中,通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少 D.将某一烧瓶中的煤油换成等质量的水,可比较煤油和水的比热容大小,8.(2018枣庄)如图所示是某种电热器的电路图,电源电压220 V,R1、R2的阻值 分别为11 、22 ,通过旋转扇形开关S,接触不同触点,实现高、中、低三个 挡位的转换,电热器在低温挡工作时的电功率是2 200 W,在高温挡工作1 min 产生的热量是3.96105 J。,学法提点 关于电热与电功的计算,
13、首先要确定电路是不是纯电阻电路,如果 是纯电阻电路,则电热=电功,Q=W,Q=I2Rt,W=UIt= =I2Rt。如果不是纯电阻 电路应利用基本公式进行计算,即计算电热用Q=I2Rt,计算电功用W=UIt,此时 电功和电热不相等。,解教材图易,类型一 动态电路,研真题优易,例1(2018山西,20,3分)如图所示是创新小组设计的汽车油量显示仪的电路原理图,其中电源电压恒定为6 V,定值电阻R0为5 ,油量表实质上是量程为03 V的电压表。R为压敏电阻,其电阻值与油箱中油量的关系如下表所示。下列说法中正确的是 ( C ) A.油箱中油量增多时,压敏电阻R的阻值变大 B.电压表示数为3 V时,油箱
14、中的油量为50 L C.油箱中油量为20 L时,R0两端的电压为1.5 V D.油箱中油量减少时,电路消耗电能的总功率变大,命题亮点 该试题考查内容为动态电路。本题以汽车油量显示仪的电路原 理图为背景,将物理与生活紧密地结合在一起,考查学生对串联电路的规律和 欧姆定律及电功率公式的灵活应用。这样的命题特点告诉我们在教学中,要 实现准确答题,除了需要理解欧姆定律、电功率以外,还必须具有应用所学知 识解决实际问题的方法和综合分析能力。该题不仅有效对课标中理解层次 的核心概念进行考查,而且关注发展学生运用意识和物理学科价值观。,解题思路 解答本题的关键是正确识别电路和分析电路的变化,正确分析并 运用
15、表格数据。 汽车油量显示仪的电路原理图实际上是一个串联电路,R相当于一个滑动变 阻器。 (1)根据表格中的数值判定油量和压敏电阻的关系。由表格数据可知,油量越 多,压敏电阻的阻值越小,根据串联电路的分压特点分析电压表示数变化; (2)首先判定电路的连接状态,根据欧姆定律求出压敏电阻的阻值,对比表格 数据分析变化规律,根据欧姆定律求出电路中电流,根据串联电路的分压特点,求出压敏电阻两端电压,再根据欧姆定律求出可变电阻连入电路中的阻值,根 据表格数据分析油量; (3)由表格数据可知油量为20 L时压敏电阻连入电路中的阻值,根据分压特点 求出电压表示数; (4)油箱中油量减少时,压敏电阻变大,根据欧
16、姆定律判定电流的变化,根据功 率公式判定电路的总功率的变化。由表格数据可知,油量越多,压敏电阻的阻 值越小,根据P= ,分析电路总功率的变化。,1.如图,电源电压恒为4.5 V,电流表的量程为“00.6 A”,电压表的量程为“0 3 V”,灯泡上标有“2.5 V 1.25 W”(不考虑灯丝电阻变化),滑动变阻器R 的规格为“20 1 A”。闭合开关,在保证电路安全的情况下,移动滑片P的 过程中 ( D ) A.电流表的示数最大为0.6 A B.灯泡消耗的最小功率为0.12 W C.电路消耗的最大电功率为2.7 W D.滑动变阻器接入电路的最小电阻为4 ,类型二 电学物理量的取值范围,例2(20
17、15山西,20,3分)如图为一种握力计和它的工作原理示意图。电源电压 恒定不变,握力显示表是由电流表改装而成,定值电阻R2起保护电路作用,其电 阻值为5 ,弹簧一端的滑片P在电阻R1的最上端时不施加力,移动到最下端时 施加的力最大(弹簧的电阻不计)。该握力计测量范围为0 300 N,电路中电 流变化范围为0.1 0.6 A。则下列判断正确的是 ( ) A.握力300 N时电路中电流为0.6 A B.握力计工作电路的电源电压为3 V C.R1连入电路阻值变化范围为030 D.R2消耗的最小功率为0.5 W,B,命题亮点 本题以握力计和它的工作原理图为背景,将物理与科技成果紧密 地结合在一起,体现
18、了中考物理试题既侧重科学素养,同时又兼有立德树人的 功能。物理的学科特点决定了它要承载培养学生科学素养的重要使命。该 试题是一道电学综合题,考查内容为电学的多个物理量的计算。要求学生对 串联电路的规律和欧姆定律及电功率公式都能灵活应用。这样的命题特点 告诉我们在教学中,要注意培养学生具有应用所学知识解决实际问题的方法 和综合分析能力。,解题思路 本题是一道电学综合题,分析清楚电路结构是正确解题的关键,应 用串联电路特点、欧姆定律、电功率公式即可解题。由图可知,R2与滑动变 阻器R1串联,电流表测量电路电流,握力越大,滑动变阻器R1连入阻值越大,电 路中的电流越小。由题可知,当握力为0时,滑动变
19、阻器R1连入阻值为0,电路中 只有R2,此时电路中的电流最大,为0.6 A,根据欧姆定律即可求出电源电压;再 应用串联电路特点求出滑动变阻器的最大阻值,应用电功率公式求出电阻消 耗的功率。,2.如图所示,电源电压恒为8 V,电流表的量程为00.6 A,电压表的量程为03 V,滑动变阻器的规格为“20 1 A”,灯泡标有“6 V 3 W”字样。要求 闭合开关,两电表示数均不超过所选量程,灯泡两端的电压不超过额定值,不 考虑灯丝电阻变化。下列说法正确的是 ( C ) A.电路中的最大电流是0.6 A B.电压表示数的变化范围为03 V C.滑动变阻器的阻值变化范围为47.2 D.滑动变阻器的最大功
20、率为4.8 W,3.如图所示的电路中,电源电压不变,移动滑动变阻器R1的滑片P,当电流表的 示数变化范围为1 A1.3 A时,电压表的示数变化了3 V,则该定值电阻R2所消 耗功率的变化范围是 ( D )A.33.9 W B.35.07 W,C.3.910 W D.1016.9 W,易错点辨析 在计算电学物理量的取值范围或极值时,要参考题中给出的用电器的额定 值、电表量程、滑动变阻器的最大电流等信息,同时也要注意安全问题。具 体如下:,1.电路电流的极值:取用电器的额定电流、电流表的量程的最大测量值中的 最小值作为电路的最大电流值;电路最小电流:滑动变阻器接入电路的阻值最 大时,电路中的总电阻
21、最大,由欧姆定律可知此时电路电流为最小电流值。,2.电路电压的极值:取用电器的额定电压、电压表的量程的最大测量值中的 最小值作为用电器两端的最大电压值;当滑动变阻器接入电路阻值最大时,变 阻器两端电压为最大电压,则根据串联电路电压规律,U电源-U滑变可得此时用电 器两端的最小电压。另外,求滑动变阻器的最小电压时,根据滑动变阻器之外 的用电器的额定电压或电压表的量程来决定,此时,注意电路安全问题。,3.滑动变阻器阻值的极值:求最大阻值时,首先应进行分析,若随着变阻器阻值 的增大,各电表的示数减小,则变阻器允许的最大值为变阻器铭牌标注的最大 值;若串联电路中有电压表并联在滑动变阻器两端,则利用电压
22、表的量程的最 大值、电路电流值,求变阻器允许的最大阻值。求最小阻值时,应先确定电路 中允许的电流最大值,确定的依据是:电流表的量程,滑动变阻器的铭牌,用电 器的额定电流,以及并联在用电器两端的电压表量程,利用这四者分别求出每 一条件下允许的最大电流,取四者中最小的,作为电路中允许的最大电流,然 后再依据滑动变阻器之外的用电器的电压、电源电压计算滑动变阻器的最 小阻值。,4.电路用电器的电功率的极值:根据电路、用电器中各自最大或最小的电 流、电压、电阻值结合电功率的计算公式即可求得。,例3(2014山西,20,3分)如图,电源电压18 V保持不变。电流表量程00.6 A,电 压表量程015 V
23、,小灯泡上标有“6 V 3 W”字样,要求开关闭合后两个电 表的示数均不超过所选量程,且灯泡两端电压不允许超过额定电压(灯丝电阻 不变)。则下列说法正确的是 ( D ) A.滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表和电压表示数变大 B.当电流表示数为0.4 A时,电压表示数为12 V C.该电路的最大功率为10.8 W D.滑动变阻器允许调节的范围是2460 ,解题思路 本题关键:一是根据灯的铭牌求出允许通过的最大电流、确定滑 动变阻器连入的最小阻值;二是根据电压表的量程求出滑动变阻器两端的最 大电压、确定滑动变阻器连入的最大阻值。由图可知灯泡和滑动变阻器串 联,电压表测量滑动变阻器的电压,电流表测
24、电路中的电流;(1)当滑动变阻器 滑片向左移动的过程中,接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知电路中电流 的变化,根据串联电路的电阻分压特点可知滑动变阻器两端的电压变化。,(2)已知小灯泡的规格“6 V 3 W”,则可求出灯泡的电阻,然后根据欧姆定律 的变形公式U=IR求出灯泡两端电压,再利用串联电路电压的特点求出滑动变 阻器两端电压,即电压表的示数。(3)已知小灯泡的规格“6 V 3 W”,则可 求出灯泡的额定电流,比较额定电流及电流表的最大量程,可得出电路中允许 通过的最大电流,此时滑动变阻器接入电路的电阻最小,根据欧姆定律求出电 路的电阻,利用电阻的串联特点求出滑动变阻器接入电路的最小值,
25、再根据P =UI求出此时电路中的最大功率。(4)当电压表的示数为15 V时,滑动变阻器 连入的电阻最大,电路中的电流最小,根据串联电路的电压特点和欧姆定律求,出电路中的电流、滑动变阻器接入电路的最大阻值,再根据P=UI求出灯泡的 最小电功率,进一步得出滑动变阻器接入电路的电阻允许调节的范围。,命题点一 家用电器消耗的电能和实际电功率及热效率的计算,试真题练易,1.(2016山西,40节选,5分)如图甲所示是小梦家新购买未拆封的电热水器,他 发现包装箱上有一铭牌,如图乙所示。待电热器安装完毕注满水后,他关闭了 家中的其他用电器,只让电热水器工作,观察到家里的电能表(如图丙所示)的 转盘1 min
26、转了20圈,电热水器中的水从15 升高到35 用了40 min。请你 结合包装箱上的铭牌和电能表实物图提供的有关参数信息解决以下问题。 水=1.0103 kg/m3,g取10 N/kg,c水=4.2103 J/(kg),问题三:求电热水器中的水从15 升高到35 吸收的热量; 问题四:求电热水器的实际功率和加热效率。,答案 问题三:4.2106 J 问题四:2000 W 87.5%,2.(2014山西,42,5分)市场上有一种电热饮水机,如图2是饮水机的简化电路 图,S是温控开关,R1是调节电阻,其阻值为176 ,R2是供加热的电阻丝,饮水机 的铭牌参数如图1所示。求:,(1)若饮水机正常工作
27、的加热效率为90% ,现将质量为1.5 kg,初温为20 的水 在标准大气压下烧开需要吸收的热量是多少?需加热多长时间?已知c水=4.2 103 J/(kg)。(时间计算结果保留整数) (2)当饮水机处于保温状态时,它的保温功率是多少?,答案 (1)5.04105 J 509 s (2)44 W,3.(2015山西,42,5分)几千年来中国的厨艺最讲究的就是“火候”二字。现 在市面上流行如图1所示的新型电饭锅,采用了“聪明火”技术,电脑智能控 温、控压,智能化控制食物在不同时间段的温度,以得到最佳的口感和营养, 其简化电路如图2甲所示。R1和R2均为电热丝,S是自动控制开关。把电饭锅 接入22
28、0 V的电路中,用电饭锅的“聪明火”煮米饭,电饭锅工作时的电流随 时间变化的图像如图2乙所示。 (1)求电热丝R2的阻值(计算结果保留一位小数); (2)这个电饭锅在015 min把质量为1.1 kg的米饭由20 加热到100 ,求电 饭锅在这段时间内加热的效率c米饭=4.2103 J/(kg)。,答案 (1)73.3 (2)70%,命题点二 测量小灯泡的电功率,4.(2017山西,38,8分)小明同学在“测量小灯泡的电功率”的实验中,小灯泡 的额定电压为2.5 V,电源为两节新干电池,滑动变阻器标有“20 1 A”字 样。,(1)实验电路如图甲所示,但电路连接不完整,请你用笔画线代替导线,完
29、成电 路。,答案 如图所示,(2)小明将电路连好后,闭合开关,发现小灯泡发光很微弱,电流表、电压表均 有示数,左右移动滑动变阻器的滑片P,小灯泡亮度和两表示数均不变,其原因可能是滑动变阻器下面两接线柱接入电路。,(3)改正电路后,小明同学调节滑动变阻器观察到电压表示数为2 V,为使小灯 泡两端电压达到额定电压,应将滑动变阻器的滑片P向右(选填“左”或 “右”)调节。当小灯泡正常发光时,电流表示数如图乙所示,该小灯泡的额 定电功率为0.6 W。 (4)小明依次测出了六组实验数据,如表所示。请你根据表中数据在图丙所示 的坐标纸上作出小灯泡的I-U图像。,答案 如图所示(5)通过计算分析以上数据,你
30、还有什么新的发现:小灯泡两端的实际电压越 高,小灯泡的电功率越大,灯泡的亮度越高(写出一条即可)。,5.(2016山西,37,6分)在“测量小灯泡的电功率”实验中,小灯泡额定电压为 2.5 V(电阻值约为5 )。(1)请你用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整。,答案 如图所示(2)连接好电路后闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数,则 出现故障的原因是小灯泡短路(选填“小灯泡断路”或“小灯泡短路”)。 (3)故障排除后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片P到某处时,电压表示数为2 V,为了测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向左(选填“左”或“右”)端移动, 使电压表示数为2.5
31、V,此时电流表指针位置如图乙所示,则小灯泡的额定功 率为1.25 W。 (4)若此实验中电流表坏了,为了测出小灯泡的额定功率,小组同学们增加了 一个R0=5 的定值电阻,设计了如图丙所示的电路和如下实验方案: 调节滑片,使电压表的示数为小灯泡的额定电压; 保持滑片位置不变,只将电压表a点改接到c点,测出定值电阻R0两端的电压 U0,通过计算就可得到小灯泡的额定功率。,常发光;电压表的a点接到c点时,电压表的“+”、“-”接线柱接反了。,请你指出该设计方案中存在的问题:无论怎样调节变阻器,都不能使灯泡正,6.(2014山西,38,7分)在测量小灯泡电功率的实验中,实验室所提供的器材有: 电源(电
32、压恒为6 V),额定电压为2.5 V、电阻约为10 的小灯泡,电流表、电 压表、开关各一个,导线若干。滑动变阻器规格有(“10 1 A”,“50 1.5 A”)两个。,(1)图甲是小壮连接的部分实物图,请你用笔画线代替导线,将实物图连接完 整。,答案 如图所示(2)检查电路连接无误后,将滑动变阻器的滑片置于A端(选填“A”或“B”), 闭合开关后,小壮立即发现小灯泡发光过亮不能进行实验,为了完成实验,接,下来他的操作是:断开开关换接“50 1.5 A”滑动变阻器重新实验。 (3)小壮改正错误后,闭合开关,改变滑动变阻器的阻值,记下各组对应的电压 表和电流表的示数,并绘制如图乙所示的I-U图像,
33、根据图像可知小灯泡的额 定功率是0.625 W;图中从原点到M点再到N点的曲线反映出灯丝的电阻是变 化的。 (4)实验中,某同学的小灯泡先由暗变亮,然后发出耀眼的光后被烧坏。为了 避免灯丝烧断,请你提出在调节滑动变阻器的过程中应注意的事项:缓慢调节 滑动变阻器的滑片,同时观察电压表的示数,使其不能超过小灯泡额定电压值 的1.2倍。,必做实验类,活动课行易,实验一 测量小灯泡的电功率,【命题点】,1.电功率的测量原理:P=UI;,2.实物图连接(连接电路时开关要断开,闭合开关前滑动变阻器滑片移到阻值 最大处,注意电表量程的选择及滑动变阻器的连接);,3.电压表、电流表的使用及读数;滑动变阻器的作
34、用(保护电路;改变灯泡两 端的电压);,4.电路故障分析与处理;,5.测量小灯泡的额定功率的实验操作;,6.根据数据绘制U-I曲线或者对表格数据或图像进行分析;,7.小灯泡额定功率的计算(有时结合I-U图像);,8.实际功率与灯泡亮暗的关系(实际功率越大灯泡越亮);,9.温度对灯丝电阻的影响(温度越高,灯丝电阻越大);,10.实验中多次测量的目的(为了寻找电功率与电压的关系及小灯泡亮度变化 规律,不能用多次测量求电功率平均值并将其作为小灯泡额定功率的原因是 电压改变,功率随之改变);,11.特殊的实验方案设计(如缺电表测小灯泡电功率的实验设计,包括实验步 骤和待测物理量的表达式);,12.实验
35、方案的评估与改进。,例1(2018达州)某实验小组的同学在进行“测量小灯泡的额定功率”的实验 中,现有器材:电源(电压恒为6 V)、开关、电压表、电流表各一个,导线若干, 额定电压为3.8 V的待测小灯泡(电阻约为12 ),滑动变阻器两个(A:“5 2 A”;B:“20 0.5 A”)。,(1)该实验的实验原理是P=UI;实验中,应选用的滑动变阻器是B(选填“A”或 “B”)。 (2)如图甲所示是小田同学连接的实物电路图,图中只有一根导线连接错误, 请你在图中用“”标出这根错接的导线,只改接一根导线使电路成为正确 的电路(不能与其他导线交叉)。,答案 如图所示,(3)小田确认电路连接无误后闭合
36、开关,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都接近电源电压,则电路的故障是灯泡断,路。 (4)排除故障后,移动滑动变阻器的滑片,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1.14 W。,(5)该组的另一同学接着实验时,发现电压表015 V量程已经损坏,03 V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 你在丙图中的虚线框内画出正确的电路图。 (6)由图乙推知:小灯泡的实际电压是额定电压一半时的电功率为P1,小灯泡的 实际电流是额定电流一半时的电功率为P2,则P1大于P2(选填“大于”“小 于”或“等于”)。
37、,解题思路 本题测量小灯泡的额定功率,考查实验原理、注意事项、电路的 连接、故障分析、额定功率的计算及实验方案的设计和电功率大小的比较。 (1)该实验的实验原理是P=UI;小灯泡额定电压为3.8 V,灯丝电阻约为12 ,由 欧姆定律求小灯泡的额定电流;根据串联电路的规律及欧姆定律求小灯泡正 常发光时,变阻器连入电路中的电阻,确定选用的滑动变阻器; (2)小灯泡的额定电压为3.8 V,故电压表应选用大量程与小灯泡并联; (3)小灯泡不亮,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,则与电压表并联的支 路断路了;,(4)由绘制出的小灯泡
38、的电流随电压变化的图像找出灯的额定电压下的电流, 根据P=UI求该小灯泡的额定功率; (5)根据串联电路电压的规律,求灯正常发光时变阻器的电压,设计电路图; (6)由图乙,分别找出小灯泡的实际电压是额定电压一半时的电流大小和小灯 泡的实际电流是额定电流一半时对应的电压大小,根据P=UI比较灯的实际电 功率P1与P2大小。,1.小红做“测量小灯泡电功率”实验,实验室有如下器材:电源(电压恒为6 V)、小灯泡(额定电压为2.5 V,灯丝电阻约为10 )、电流表、电压表、开关 各一个、规格分别为R1“10 1 A”和R2“50 0.5 A”的滑动变阻器各 一个、导线若干。,(1)小红设计了图甲所示的
39、电路,她应选用规格为R2的滑动变阻器(选填“R1” 或“R2”),该实验中滑动变阻器的主要作用是改变灯泡两端的电压。 (2)正确连接电路后,闭合开关,若小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数,原 因是小灯泡短路;若小灯泡不亮,电流表无示数,电压表有示数,原因是小灯泡 断路。 (3)排除故障后,移动滑动变阻器滑片在不同位置,小灯泡U-I图像如图乙所示, 小灯泡的额定功率为0.625W。 (4)由图乙发现灯泡电阻是变化的,影响其变化的主要原因是灯丝温度。 (5)在没有电压表、只有电流表的情况下,小红增加了一只10 的定值电阻R,并利用原有器材,也测出了额定电压为2.5 V小灯泡的额定功率。步骤如下
40、: 按照如图丙所示的电路图正确连接实物电路; 闭合开关,调节滑动变阻器滑片,使电流表示数为0.25A时,灯泡正常发光; 断开开关,保持滑动变阻器滑片P的位置(或滑动变阻器接入电路的阻值)不 变,将电流表改接在灯泡所在支路中,再闭合开关,读出电流表示数I; 小灯泡额定功率的表达式为P额=U额I(或2.5I)。,实验二 探究电流热效应的影响因素(非20个必做实验),【命题点】,1.被加热材料的选取原则(选用煤油或空气,利用其比热容小的特点,可以使实 验现象更明显);,2.被加热物质的要求(物质种类、质量、初温均相同,实现实验条件相同);,3.两电阻丝串联的目的(使通过两电阻的电流相等,实现控制变量
41、);,4.转换法的应用原则(利用U形管中液面高度变化或温度计示数变化或气球 体积的变化来反映电阻丝产生的热量多少);,5.控制变量法的应用 (1)探究电热与电流的关系,控制电阻丝阻值和通电时间相同,改变通过两电 阻丝的电流大小(电路设计:将阻值相同的电阻丝分别放在并联电路的干路 和支路上); (2)探究电热与电阻的关系,控制通过电阻丝的电流和通电时间相同,选择两 个电阻不同的电阻丝(电路设计:将阻值不同的电阻丝串联在电路中); (3)探究电热与通电时间的关系,控制电阻丝的阻值和通过电阻丝的电流相 同,改变通电时间的长短。,6.多次测量的目的(避免偶然因素对实验结论的影响,得出普遍规律);,7.
42、焦耳定律的应用;,8.实验方案的改进;,9.实验结论总结。 实验结论: 导体产生的电热与电流、电阻和通电时间有关:在电阻和通电时间相同的情 况下通过电阻的电流越大,产生的热量越多;在电流和通电时间相同的情况 下,电阻越大,产生的热量越多;在电阻和通过电阻的电流相同的情况下,通电 时间越长,产生的热量越多。,例2(2018河北)用如图甲所示的装置探究“电流通过导体产生的热量与电流 的关系”。相同烧瓶内装满了煤油。,(1)烧瓶中装入的煤油是绝缘体(选填“导体”或“绝缘体”)。 (2)请根据实物电路,在虚线框内画出对应的电路图。 (3)为达到实验目的,选用的两电阻丝R1与R2的阻值应相等。通过R1的
43、电流小 于通过R2的电流。 (4)通电一段时间后,乙烧瓶中玻璃管内液面上升的高度较大。说明在通电时,间和导体电阻相同情况下,通过导体的电流越大,导体产生的热量越多。 (5)小红用如图乙所示的装置,进一步探究“电流通过导体产生的热量与电流 的关系”。经多次实验测量,收集实验数据,绘制了烧瓶中玻璃管内液面上升 的高度h与电流I的关系图像。根据焦耳定律可知,图丙中能正确反映h-I关系 的是A。,丙,【拓展】用Q=I2Rt可以计算电流通过任何用电器产生的热量,能用Q=UIt计 算电流通过任何用电器产生的热量吗?请用实例说明原因。不能。比如电动 机工作时,消耗的电能为W=UIt,但其消耗的电能转化为机械
44、能和内能,则WQ =I2Rt,所以当电流通过有些用电器时,其产生的热量是不能用Q=UIt来计算的 (合理均可)。,2.小明利用如图所示的装置,探究电流通过导体时产生热量的多少与电阻大 小的关系。在两个相同的烧瓶中盛着质量和温度都相同的煤油,煤油中都浸 泡着一段金属丝,甲烧瓶中的金属丝是铜丝,电阻比较小,乙烧瓶中的电阻丝 是镍铬合金丝,电阻比较大。,(1)通电一段时间后,乙烧瓶中温度计的示数大,这表明:在电流、通电时间一 定时,电阻越大,产生的热量越多。 (2)在这个实验中,电流通过导体产生热量的多少,是通过U形管两侧液面的高 度差的大小体现出来,这种方法在研究许多物理问题时都用到,下列几个研究
45、 实例中也是采用相同研究方法的有C。 A.探究电流与电压、电阻的关系 B.真空不能传声 C.用铁屑显示磁体周围磁场分布 D.研究光的传播时,引入“光线”,(3)小明想把该装置改成探究物质吸热能力的实验装置,则他将甲烧瓶中的煤 油换成质量相同的水、铜丝换成与乙烧瓶中镍铬合金丝的电阻相等的镍铬 合金丝,并将两个烧瓶中的金属丝做了绝缘处理,加热一段时间后小明发现烧 瓶乙(选填“甲”或“乙”)中温度升高的快。煤油的比热容为2.1103 J/(kg ),实验三 读家用电能表,通过电能表计算电费,例3小明家中的电能表5月初的示数如图所示,5月份交了48.4元的电费,若每 度电的价格是0.8元,则小明家5月
46、底电能表的示数应为00790,根据电能表的 铭牌,你还能读到哪些信息?请写出其中的两条: (1)电能表的标定电流为10 A; (2)每消耗1 kWh电能,电能表转盘转动3000 r。,阅读观察类,小制作类,实验四 “电池+口香糖锡纸=取火工具”,例4央视是真的吗?节目中主持人做了“电池+口香糖锡纸=取火工具” 的实验:如图所示,取口香糖锡纸,剪成条状,将锡纸条带锡的一端接在电池的 正极,另一端接在电池的负极,很快发现纸条中间开始冒烟起火。你也自己动 手做一做,并请从物理学的角度解释其原因。,答案 因为锡属于金属,因此具有导电性,将锡纸条带锡的一端接在电池的正 极,另一端接在电池的负极,形成了电源短路,电路中的电流较大,由Q=I2Rt可 知,电路中迅速产生大量热量使温度达到锡纸的着火点而使之燃烧。,
