初中物理北师大版九年级全册三 学生实验：探究----小灯泡的电功率习题

13.3学生实验：探究—小灯泡的电功率

一．选择题（共2小题）

1．研究电功率与电压、电流的关系时，连接了如图所示电路进行实验。下列关于该实验的说法，不合理的是（　　）

A．该电路所示实验研究电功率与电压的关系 

B．该实验能得出电流相同时，电功率与电压成正比 

C．小灯泡电功率的大小通过灯泡的亮度来比较 

D．该实验选择的两个小灯泡灯丝的电阻不同

【答案】B。

【解析】A、从图可知两灯泡串联，通过两灯泡的电流相同，所以该电路所示实验可以研究电功率与电压的关系；故A正确；

B、根据本实验的现象和数据，可以得出“电流相同时，电压越大，用电器的电功率越大”；由于灯泡的亮暗无法准确反映实际功率的大小，所以无法得出“电流相同时，电功率跟电压成正比”这个结论，故B错误；

C、为了判断灯泡的功率大小，我们可以通过观察灯泡的亮度来判断灯泡功率的大小，灯泡越亮灯泡的功率越大。故C正确；

D、两灯泡串联，流过它们的电流相同，LI、L2规格不同，则灯泡两端的电压不同，因此设计此实验可以探究电功率与电压的关系；故D正确。

2．课外兴趣小组活动时，某校两同学通过实验研究小灯泡的电功率跟两端电压的关系，已知小灯泡的额定电压为2.5伏、额定功率为0.75瓦。小明同学设计了如图甲所示的电路进行研究，他先测出若干组电压和电流值，再由公式P＝UI，求得对应的功率，并作出功率随电压变化的图线a。小红同学设计了如图乙所示的电路进行研究，她先由R＝计算出小灯泡的电阻R，再测出若干个电压值，最后根据P＝，求得对应的功率，也作出功率随电压变化的图线b。则下列反映了他们的实验结果的图线是（　　）

A．B． C．D．

【答案】B。

【解析】（1）∵P＝，∴灯泡正常发光时的电阻R＝＝≈8.3Ω；

由题意知：P甲＝和P乙＝，由此可见，

电功率P关于电压U的二次函数（跟y＝ax2+bx+c，且a＞0，b＝0，c＝0时相符合），

故图象是经过原点开口向上的抛物线，故CD错误。

（2）∵P甲＝和P乙＝，灯泡电阻R随温度升高而变大，

∴①当小灯泡两端电压U＜2.5V时，小灯泡在低于额定电压下工作，

它的电阻R＜8.3Ω，则P甲＞P乙，此时抛物线a在抛物线b的上方。

②当小灯泡两端电压U＝2.5V时，小灯泡在额定电压下工作，

它的电阻R＝8.3Ω，则P甲＝P乙＝0.75W，且此时两抛物线相交。

③当小灯泡两端电压U＞2.5V，小灯泡在高于额定电压下工作，

它的电阻R＞8.3Ω，则P甲＜P乙，此时抛物线a在抛物线b的下方。

综上所述，B图中的图线反映了他们的实验结果。

二．实验探究题（共4小题）

3．小明同学为了探究小灯泡亮度与实际功率的关系，设计了如图甲所示的实验电路，小灯泡标有“2.5V”的字样。

（1）图甲是小明连接的实验电路，同组的小红同学发现图中有一根导线连接错误，请你在这根导线上打“×”，并在图中改正。

（2）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，而电流表有示数，电压表没有示数，则可能的故障是　灯泡短路　。

（3）排除故障后继续实验，小明进行了4次测量，并将有关数据及现象记录在如下表格中。当电压表示数为1.7V时，电流表示数如图乙所示，请根据电流表的示数把表格补充完整。

（4）根据实验目的分析实验数据及现象，可得出的结论是　灯的实际功率越大，灯越亮　。

（5）实验中小灯泡的电阻变化的原因是　灯的电阻随温度的变化而变化　。

（6）此实验中将小灯泡换成5Ω、10Ω、15Ω的定值电阻还能完成的探究实验是　电压一定时，电流与电阻的关系　。

【答案】（1）如下图所示；（2）灯泡短路；（3）如上表所示；（4）灯的实际功率越大，灯越亮；（5）灯的电阻随温度的变化而变化；（6）电压一定时，电流与电阻的关系。

【解析】（1）原电路中，电压表测电源电压是错误的，电压表应测灯的电压，如下所示：

（2）电路连接正确后，闭合开关，而电流表有示数，则电路为通路，发现小灯泡不亮，电压表没有示数，则可能的故障是灯泡短路；

（3）当电压表示数为1.7V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0.24A，由欧姆定律，灯的电阻：R＝＝≈7.1Ω；灯的功率：P＝UI＝1.7V×0.24A≈0.41W；

（4）根据实验目的分析实验数据及现象，可得出的结论是灯的实际功率越大，灯越亮。

（5）实验中小灯泡的电阻变化的原因是灯的电阻随温度的变化而变化；

（6）此实验中将小灯泡换成5Ω、10Ω、15Ω的定值电阻，可控制电阻电压一定，故还能完成的探究实验是：电压一定时，电流与电阻的关系。

4．小雷想知道小灯泡的亮暗程度与哪些因素有关。于是找来额定电流均小于0.6A，额定电压为2.5V的灯L1和额定电压为3.8V的灯L2，先后接在电源电压恒为6V的电路中，按照如图1所示的电路进行探究：

（1）请用笔画线代替导线，根据图1所示电路图，将图2所示实物图连接完整。

（2）若小雷连接电路后闭合开关，灯L1几乎不发光，移动滑片P也不能改变灯的亮度。原因是他把滑动变阻器的　AB　（选填“AB“或“CD”）接线柱接入了电路。

（3）小雷排除故障后，按图1所示的电路继续进行实验：闭合开关，移动滑片P，使灯L1发光，测出灯L1的相关物理量，记录和计算结果如下表：

小雷注意到灯L1的亮度变化是：第二次比第一次亮，第三次比第二次更亮。

结合表中数据得出的结论是小灯泡越亮，它的实际功率越　大　（选填“大”或“小”）；

（4）用L2替换L1重复上面的实验时，需要改变　电压　表的量程，结果发现灯L2的亮度变化规律与灯L1相似；

（5）有同学认为“用上表中灯L1的3次电阻的平均值代表它的电阻更准确”，这种说法错误的原因是其忽略了

　灯丝的电阻随温度升高而增大　的影响。

【答案】（1）见下图；（2）AB；（3）大；（4）电压；（5）灯丝的电阻随温度升高而增大。

【解析】（1）电压表的负接线柱与灯泡的左接线柱相连，滑动变阻器的任意上方接线柱与电流表0.6的接线柱相连，如下图所示：

（2）闭合开关，灯L1几乎不发光→电路电流太小→电路电阻太大，并且移动滑动变阻器滑片，灯泡亮度不改变，滑动变阻器都接下面A、B两个接线柱。

（3）从实验1→实验2→实验3，灯泡越来越亮，灯泡实际功率越大；

（4）用L2替换L1重复上面的实验时，L2的额定电压是3.8V，需要改变电压表的量程；

（5）灯丝电阻受温度影响较大，灯泡在不同电压下，温度不同，灯丝中电阻不同，计算平均值代表灯丝电阻无意义，该同学忽略了温度对电阻的影响；

5．在“探究小灯泡在不同电压下工作时的电功率是否相同”的实验中，实验室提供了如下器材：电源电压U恒为8V，滑动变阻器规格为“20Ω 2A“，小灯泡的额定电压U额＝2.5V，额定功率小于1.2W，两个阻值分别为10Ω、20Ω的定值电阻R0可供选择。

（1）为使小灯泡两端电压有一较大的调节范围，小聪设计了如图甲所示的电路，请用笔画线代替导线，完成图乙中实物电路的连接。

（2）正确连接电路后，进行实验，记录的数据如表所示。当电压表示数为2.5V时，电流表示数如图丙所示，小灯泡的额定功率为　1.05　W。

（3）分析表中数据可得出结论：小灯泡工作时，消耗的电功率随电压的增大而　增大　。根据数据还可判断出，小聪在实验中选用的是R0＝　10　Ω的定值电阻。

（4）完成实验后，爱动脑筋的小聪又想出一种测量小灯泡额定功率的方法，设计了如图丁所示的电路，所用电压表量程为“0～15V”，请将以下实验步骤补充完整。

①检查电路无误后，闭合开关S，将开关S1拨至“1”，调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为　5.5V　；

②滑片不动，再将开关S1，拨至“2”，读出电压表示数为U0；

③小灯泡的额定功率：P额＝　U额•　。（用U额、U0、R0表示）

若步骤②中，在将开关S1拨至“2”时，不小心将滑片向右移动了少许，其他操作正确，则测出的小灯泡额定功率比真实值　偏小　（选填“偏大”或“偏小”）。

【答案】（1）如下图所示；（2）1.05；（3）增大； 10；（4）①5.5V； ③U额•； 偏小。

【解析】（1）由P＝UI得，小灯泡的额定电流约为：I＝＝＝0.48A＜0.6A，所以，电流表选择0﹣0.6A的量程；

灯泡、R0及滑动变阻器串联，故将电流表的“0.6”接线柱与电源的“+”极连接，小灯泡的左接线柱与R0的左接线柱连接，如图所示：

（2）由（1）可知，电流表选择0﹣0.6A的量程，分度值为0.02A，示数为0.42A，

则小灯泡的额定功率：P额＝U额I额＝2.5V×0.42A＝1.05W。

（3）由表中数据可知，随着灯泡两端电压的增大，电流也增大，根据P＝UI可知，小灯泡消耗的电功率增大，即小灯泡工作时，消耗的电功率随电压的增大而增大。

由表中数据可知，第5次实验电流最大，此时电路总电阻最小，

由I＝可得，第5次实验时电路总电阻：R总＝＝≈18.2Ω＜20Ω，

因R总＝RL+R0+R滑，已知定值电阻R0的阻值为10Ω或20Ω，

故小聪在实验中选用的是R0＝10Ω。

（4）要测量小灯泡的额定功率，需使小灯泡两端的电压等于其额定电压，

①闭合开关S，将开关S1拨至“1”，小灯泡、R0和滑动变阻器串联，电压表测R0和滑动变阻器两端的电压，调节滑动变阻器的滑片，灯泡正常发光时，

电压表的示数：UV＝U﹣U额＝8V﹣2.5V＝5.5V。

②滑片不动，再将开关S1拨至“2”，电压表测R0两端的电压U0，此时电路中的电流即为小灯泡的额定电流：I额＝。

③小灯泡的额定功率：P额＝U额I额＝U额•。

将开关S1拨至“2”，滑片向右移动稍许，滑动变阻器接入电路的阻值变大，根据串联分压知识可知，滑动变阻器两端的电压变大，定值电阻R0两端的电压U0变小，

根据P额＝U额I额＝U额•可知，测出的小灯泡的额定功率比真实值偏小。

6．用标有“2.5V”小灯泡，进行“研究小灯泡的电功率”实验。（允许加在小灯泡两端的最大电压

为1.2U额）

（1）进行实验：

①如图1是未连接好的电路，请你用笔画线代替导线，正确连接图中实物电路。

②如图2，当小灯泡两端电压为2.5V时，电流表示数是　0.32　A，灯泡额定功率是　0.8　W。

（2）通过实验得到：灯泡实际功率越大，灯越亮。试从能量转化角度解释“灯泡实际功率越大，灯越亮”的原因。

（3）以小灯泡为例，用数据说明选用电流表0.6A而不用3A量程的理由。

【答案】（1）①如下所示；②0.32；0.8；

（2）电流做功的过程就是电能转换为其它形式能的过程，灯泡实际功率越大，表示单位时间电流做的功越多，即转化成的光能越大，故灯越亮；

（3）由欧姆定律，灯正常发光时的电阻为：R＝＝＝A，在3V电压下通过灯的电流小于I′＝＝≈0.384A＜0.6A．故用电流表0.6A而不用3A量程。

【解析】（1）①变阻器按一上一下接入电路中，电压表与灯并联，如下所示：

②如图2，电流表选用小量程，分度值为0.02A，当小灯泡两端电压为2.5V时，电流表示数是0.32A，灯泡额定功率是：

P＝UI＝2.5V×0.32A＝0.8W；

（2）电流做功的过程就是电能转换为其它形式能的过程，灯泡实际功率越大，表示单位时间电流做的功越多，即转化成的光能越大，故灯越亮；

（3）由欧姆定律，灯正常发光时的电阻为：

R＝＝＝A，允许加在小灯泡两端的最大电压为1.2U额＝3V，因灯的电阻随温度的升高而变大，故在3V电压下通过灯的电流小于：

I′＝＝≈0.384A＜0.6A。

故用电流表0.6A而不用3A量程。