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初中人教版第十八章 电功率第3节 测量小灯泡的电功率精品学案设计
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这是一份初中人教版第十八章 电功率第3节 测量小灯泡的电功率精品学案设计，文件包含人教版初中物理九年级全一册183《测量小灯泡的电功率》导学案教师版docx、人教版初中物理九年级全一册183《测量小灯泡的电功率》导学案学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共25页， 欢迎下载使用。
1. 会测算小灯泡的实际功率和额定功率，进一步练习使用电流表、电压表、滑动变阻器。
2. 通过实验，体验小灯泡的电功率随它两端电压的变化而变化的规律。
3. 通过实验认识用电器正常工作与不正常工作对用电器的影响，培养科学使用用电器的意识。
【学习重点】
1. 用伏安法测量小灯泡实际功率的方法和步骤；
2. 区分额定功率与实际功率以及讨论实验中发现的新问题。
【学习难点】
学生自己设计实验方案、实验步骤并得出实验结论。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
测量小灯泡的电功率
一、实验原理：P = UI
二、实验器材：电源、电压表、电流表、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线。
三、实验电路：如图所示。
四、实验步骤：
①根据电路图连接电路。连接电路时开关要断开，滑动变阻器的滑片要调节到阻值最大端。
②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯两端的电压分别等于、低于、高于额定电压（不能超过额定电压的1.2倍），记录电压表、电流表的示数，观察小灯泡的发光情况。
③计算出小灯泡的实际功率，并记录在表格中。
五、实验结论：
灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，实际功率越大，灯泡越亮。小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
【合作探究】
探究一、测量小灯泡的电功率
【想一想】测量小灯泡的电功率需要测量哪些物理量？用到哪些实验器材？画出实验电路图。
1. 设计实验
（1）需要测定的物理量
根据公式P=UI，若求小灯泡的电功率，需测定小灯两端的电压与通过的电流。
用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，就可以计算出小灯泡的电功率，这种测量方法也叫做伏安法。
（2）实验电路图
在电路中，使小灯泡与滑动变阻器串联，电压表与小灯并联，电流表串联在电路中。移动滑动变阻器的滑片，可以改变小灯泡两端的电压及通过的电流，使小灯泡在不同电压下发光。
（3）选择实验器材和仪器
根据小灯泡的额定电压选择实验器材的规格。例如选用的小灯泡标有“2.5V 0.3A”，则电源至少需要2节干电池串联（电压为3V），电压表使用0～3V量程，电流表使用0～0.6A量程。
实验器材：电源、开关、电流表、电压表、导线、滑动变阻器、小灯泡（额定电压2.5 V）。
（4）设计记录表格
实验次数
电压U/V
电流I/A
电功率P/W
灯泡发光情况
1
2
3
2. 进行实验
①按照电路图连接电路。注意断开开关，将滑动变阻器滑片放在阻值最大处；将电压表和电流表指针调零。
②闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.5V（等于额定电压），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
③ 闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.0V（低于额定电压），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
④闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.9V（不能超过额定电压的1.2倍），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
⑤数据处理
根据公式P=UI 计算出小灯泡的额定功率和实际功率。
3. 分析与论证
（1）分析表格中的实验数据得出：小灯两端的实际电压越高，小灯的电功率越大，灯泡越亮。
（2）小灯泡的亮度直接由它的实际电功率决定。
（3）小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
P额=UI=2.5V×0.26A=0.65W
（4）实验结论：
①当小灯泡的实际电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于额定功率，小灯泡正常发光。
②当实际电压低于额定电压时，小灯泡的实际功率小于额定功率，小灯泡发光较暗。
③当实际电压高于额定电压时，小灯泡的实际功率大于额定功率，小灯泡发光较亮。
4. 交流合作
（1）对小灯泡的电功率进行了三次测量，为什么不求小灯泡功率的平均值?
【分析】额定功率是额定电压下的功率，不是不同电压下功率的平均值；用电器在不同电压下的实际功率不同，把三次测量的平均值作为小灯泡的额定功率是不合理的。
（2）本实验与伏安法测小灯泡电阻相比较，有哪些异同点？
【分析】①相同点：
测量的物理量相同，都是电压和电流；测量的电路（实验装置）相同；滑动变阻器的作用相同。
②不同点：
a. 实验原理不同：测电功率的原理P=UI；测灯泡电阻的原理R=U/I。
b. 实验结论不同：测电功率的实验结论：小灯泡的亮度由它的实际电功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。
测小灯泡电阻的实验结论：小灯泡的电阻随着灯丝温度的升高而变大。
5. 想想做做
（1）小华同学想探究发光二极管的发光情况。他选择了额定电压为6V的发光二极管换下小灯泡接入电路。闭合开关时，发光二极管的亮度和小灯泡正常发光差不多，电流表指针偏小，且调节滑动变阻器的滑片时，发光二极管的亮度和电流表示数几乎不变，这时小华将电流表换成量程更小的灵敏电流计，同时为了多测几组数据将滑动变阻器更换最大阻值比较大的滑动变阻器。
（2）小华测出几组数据后作出了发光二极管的U-I图像如图所示，他发现在亮度相当的情况下，发光二极管的功率要比小灯泡小的多，分析原因。
【分析】根据U-I图像可知，发光二极管发光时（额定电压为6V），电流为20mA左右，电功率P=UI=6V×0.02A=0.12W，所以电功率比小灯泡小的多，亮度相当，说明二极管的发光效率很高。
因为普通的灯泡发光时，电能主要转化为内能，很小一部分转化为光能，而大部分的内能散发到了空气中，浪费了大量的电能；
新型的二极管光源，可以将电能直接转化为光能，效率高，只有很小一部分转化为内能，所以是近年来大力发展的新型光源．
【例题1】某同学利用如图所示电路，测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（ ）
A．当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率了
B．闭合开关后，小灯泡不发光，一定是小灯泡灯丝断了
C．闭合开关前，滑片P应滑到B端
D．实验还可得知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮
【答案】B.
【解析】A．额定电压是2.5V时，电流就是额定电流，利用P=UI即可算出小灯泡的额定功率，故A正确，不符合题意；
B．闭合开关，小灯泡不发光，有可能是小灯泡短路或断路或者电路其它部分有断路，故B错误，符合题意；
C．闭合开关前滑动变阻器应位于最大阻值处，即滑片滑到B端，故B正确，不符合题意；
D．通过滑动滑片观察电压表和电流表示数，则小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮，故D正确，不符题意。
故选B。
【例题2】实验室购买了一批规格为“2.5V 0.8W”的小灯泡，物理兴趣小组的同学通过测量小灯泡的额定功率来鉴别灯泡是否符合规格。他们准备了如下器材：电源（电压恒为6V）、开关、滑动变阻器（“20Ω 1A”）、电流表各1个，导线若干。
（1）若要完成此实验，还需要的器材是____；请画出实验电路图；
（2）按正确的电路图连接好电路，闭合开关，发现小灯泡强烈发光后立即熄灭，造成这种现象的原因可能是_________；
（3）问题解决后继续实验，当小灯泡两端电压为2.5V时，电流表示数如图所示，电流为_____A，小灯泡的电功率为_____W，小灯泡是否符合规格？___________；
（4）兴趣小组按上述操作测量了这批小灯泡在电压为2.5V时的电功率，发现其中一些小灯泡不符合规格，如果问题出在钨丝的制作环节，其原因可能是___________。
【答案】（1）电压表，见右图；（2）见解析；（3）0.32，0.8，符合；（4）见解析。
【解析】（1）测量小灯泡的额定功率中，需要滑动变阻器与灯泡串联，电压表测量灯泡电压，电流表测量灯泡电流，开关控制电路通断，故实验还需要的器材是电压表。
测量小灯泡的额定功率的电路图如图所示：
（2）按正确的电路图连接好电路，闭合开关，发现小灯泡强烈发光后立即熄灭，说明闭合开关后，灯泡的电流过大，电路中电阻过小，因此原因可能是连接电路前，滑动变阻器滑片没有滑至阻值最大处。
（3）由图，电流表示数为0.32A，即灯泡正常发光的电流为0.32A。
小灯泡的电功率 P=UI= 2.5V × 0.32A=0.8W
与购买的小灯泡规格“2.5V 0.8W ” 相符，说明小灯泡符合规格。
（4）一些小灯泡不符合规格，如果问题出在钨丝的制作环节，可能是钨丝的电阻不合格。因为电阻与材料、长度、横截面积有关，则制作钨丝时，钨丝材料、长度、横截面积不合格等都有可能是小灯泡不符合规格的原因。
探究二、特殊方法测小灯泡的电功率
一些情况下，当缺少电流表或电压表时，我们可以借助于其它一些器材，测出小灯泡的电功率。
1. 单伏法（测量器材是电压表，缺少电流表 ）
设计实验：借助定值电阻，利用电压表计算出灯泡的额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。
实验器材：电源（电压未知），1个电压表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
（1）已知小灯泡的额定电压U额
①电路如图所示。闭合S、S1，断开S2，调节滑动变阻器R，使电压表示数为U额，此时灯泡正常发光；
②闭合S、S2，断开S1，电压表测出R0与L两端的电压U合。
灯泡的额定电流： I额= U合-U额R0
灯泡的额定功率：P额=U额I额 = U额U合-U额R0
（2）已知小灯泡的额定电流I额
①电路如图所示。闭合S，S1，断开S2，调节滑动变阻器R，使得电压表示数为I额R0，此时灯泡正常发光；
②闭合S，S2，断开S1，电压表测出R0与L两端的电压U合。
③计算灯泡的额定电压：U额=U合-I额R0
灯泡的额定功率：P额=U额I额=（U合-I额R0）I额
2. 单安法（测量器材是电流表，缺少电压表）
设计实验：借助定值电阻，利用电流表计算出灯泡的额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。
实验器材：电源（电压未知），1个电流表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
（1）已知小灯泡的额定电压U额。
①闭合S、S1，断开S2，调节滑动变阻器R，使得电流表示数为U额/R0，此时灯泡正常发光；
②闭合S、S2，断开S1，电流表测出通过R0与L的合电流I总。
③灯泡的额定电流： I额= I总−U额R0
灯泡的额定功率：P额=U额I灯 = U额（I总−U额R0）
（2）已知小灯泡的额定电流I额 。
①闭合S、S2，断开S1，调节滑动变阻器R，使得电流表示数为I额，此时灯泡正常发光；
②闭合S、S1，断开S2，电流表测出通过R0与L的合电流I总。
灯泡的额定电压：U额= U0= （I总−I额）R0
灯泡的额定功率： P额=U额I额 = （I总−I额）I额R0
【例题3】某实验小组用图甲所示的器材测量小灯泡的电功率，已知电源电压恒为4.5V，待测小灯泡L的额定电压为2.5V，滑动变阻器R的规格为“20Ω 1A”。
（1）连接电路前，开关应处于___________状态；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于B端的原因是______。电路正确连接后，闭合开关，他们发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表指针明显偏转，你认为造成这一现象的原因可能是
_________；（填字母）
A．电流表断路 B．滑动变阻器短路 C．小灯泡灯丝断了 D．小灯泡短路
（3）排除故障后，按图甲所示的电路继续进行实验。闭合开关，移动滑片P，使小灯泡L发光，测出小灯泡L的相关物理量，记录和计算结果如表，则小灯泡的额定功率为___________W；
（4）另一小组用相同器材实验时，发现电流表不能正常使用。他们选用一个定值电阻R0，设计了如图乙所示的电路图，并进行如下实验操作：
①按图乙连接电路，检查无误后，闭合开关S，S1，调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为________V；
②S处于闭合状态，滑片不动，断开S1，闭合S2，读出电压表示数为U0；
③小灯泡的额定功率：P额=________（用U额、U0、R0表示）。
【答案】（1）断开；（2）接入电路的电阻最大，保护电路；C；（3）0.65；（4）2，U额U0/R。
【详解】（1）连接电路前，为了保护电路，开关应处于断开状态。
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于B端，这可以让变阻器接入电路的电阻最大，从而电路的电流较小，保护电路。
这是一个串联电路，电流表无示数说明电路有断路，小灯泡不亮，电压表指针明显偏转，那么应该是小灯泡断路了。故选C。
（3）从题中条件可知，小灯泡的额定电压是2.5V，再观察表中数据可知，这时小灯泡的电流是0.26A，根据电功率的公式P=UI可知，小灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.26A=0.65W
小灯泡的额定功率是0.65W。
（4）按图乙连接电路，检查无误后，闭合开关S，S1，这时灯泡L、定值电阻R0、滑动变阻器串联接在电路中，电压表并联在定值电阻R0、滑动变阻器的两端，测的是定值电阻R0、滑动变阻器的电压之和，应调节滑动变阻器滑片，使小灯泡正常发光，这时小灯泡的电压是2.5V，电源电压恒为4.5V，根据串联电路的电压规律可知，电压表的示数
U=U总-UL=4.5V-2.5V=2V
即调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为2V；
S处于闭合状态，滑片不动，断开S1，闭合S2，这时电路还是串联不变，电压表测的是定值电阻R0的电压，读出电压表示数为U0，根据欧姆定律可知电路的电流I=I0=U0/R
小灯泡的电压是额定电压U额，根据电功率的公式可知，小灯泡的额定功率
P额=U额I= U额U0/R。
【例题4】小红在测量小灯泡的电功率实验中，选用的小灯泡标有“2.5V”字样。
①请你在图甲电路中用笔画线代替导线，将电路连接完整。
②某次实验过程中电压表示数为2V，为测定小灯泡的额定功率，小红应将变阻器滑片向 （填“A”或“B”）端移动，同时注意观察电压表的示数变化，直到小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 W。
③小红还设计出了只有电流表、没有电压表时测量小灯泡额定功率的方法，其电路图如图丙所示。
已知定值电阻R0为5Ω，小红调节滑动变阻器的滑片，先使电流表A2的示数为 A时，再读出电流表A1的示数为0.3A，就测量出小灯泡的额定功率为_______W。
【答案】（1）见图；（2）B，0.75W；（3）0.5，0.75。
【解析】（1）该实验中，灯泡应与电流表串联，电压表应与灯泡并联，如下图所示；连电路时，为保护电路，开关应处于断开状态。
（2）此时电压表的示数为2V，小于灯的额定电压2.5V，故应增大灯两端的电压，根据串联电路分压原理可知，应减小变阻器连入电路中的电阻，故滑片向B端移动，直到电压表示数为2.5V，
小灯泡正常发光，此时电流表示数为0.3A，则小灯泡的额定功率为
P=UI=2.5V × 0.3A=0.75W
（3）小灯泡的额定电压“2.5V”；现在小灯与R0并联，则R0两端的电压必须为2.5V，小灯才能正常发光，所以电流表A2的示数为
I0=U0R0 = 2.5V5Ω=0.5A
灯的额定功率P额=U额I额=2.5V×0.3A=0.75W
【精讲点拨】
1. 小灯泡的亮度取决于小灯泡的实际功率，实际功率越大，小灯泡越亮。小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
2. 伏安法测小灯泡的电功率与伏安法测小灯泡的电阻的实验的异同：
（1）相同点：①伏安法；测量的物理量相同；②电路相同；③滑动变阻器的作用相同。
（2）不同点：①实验目的不同；②实验原理不同；③实验结论不同。
【归纳整理】
第3节 测量小灯泡的电功率
【课堂练习】
1．在进行实验时，往往需要我们手眼并用，在“测定小灯泡额定功率”的实验中，要让小灯泡在额定电压下发光，当手移动变阻器滑片时，眼睛应观察（ ）
A．灯泡的发光情况 B．变阻器滑片的位置
C．电压表的示数 D．电流表的示数
【答案】C.
【解析】灯在额定电压下正常发光，在“额定电压下测定小灯泡额定功率”的实验中，当手移动变阻器滑片时，眼睛应观察电压表示数，使达到额定电压，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
2．如图，测量小灯泡电功率的实验电路图。电源为两节新干电池，小灯泡的额定电压为2.5V，额定电功率约0.8W左右。请你用笔画线代替导线将实物图连接起来。要求：滑动变阻器的滑片向左移时，小灯泡发光变亮。
【答案】见右图。
【解析】小灯泡的额定电压为2.5V，故电压表选用小量程与灯并联；灯的额定电功率约0.8W左右，灯的额定电流约为I=P/U=0.8W/2.5V=0.32A
故电流表选用小量程与灯串联；
滑动变阻器的滑片向左移时，小灯发光变亮，即电流变大电阻变小，故变阻器左下接线柱连入电路中.
3．伏安法测小灯泡的电功率
实验原理：___________；
实验器材：___________________________、开关和导线等；
实验电路图：如图所示。
实验方案：
（1）在实验中，通过调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压等于_____，观察_______，记下电压值和______，算出它的______，这个功率就是它的________；
………
【答案】P=UI；电源、额定电压已知的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器；额定电压，小灯泡的亮度，电流值，功率，额定功率。
4．为测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，小明设计了如图甲所示的电路。
（1）正确连接电路后，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于最______端（选填“左”或“右”）。
（2）调节滑动变阻器，当电压表示数为2V时，电流表示数如图乙所示为____A。
（3）要测得小灯泡的额定功率，他还应继续将滑动变阻器的滑片向____（选填“左”或“右”）端移动，使电压表示数为2.5V，若此时电流表示数为0.5A，则小灯泡的额定电功率为______W。
【答案】（1）右；（2）0.42；（3）左，1.25.
【解析】（1）为了保护电路，所以闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于阻值的最大处，即置于滑动变阻器的最右端。
（2）电流表连接的是小量程0~0.6A，一个大格代表0.2A，一大格又分了10个小格，一小格代表0.02A，所以此时电流表的示数为0.42A。
（3）为了测得小灯泡的额定电功率，应调节滑片使电压表的示数为额定电压为2.5V，此时电压表的示数为2V，根据串联电路的电压规律，要想让灯两端的电压达到额定电压2.5V，使串联的滑动变阻器两端的电压减小，即滑动变阻器的电阻变小，所以滑片向左移动。
灯的额定电压为2.5V，此时电流表示数为0.5A，根据P=UI得
P=UI=2.5V×0.5A=1.25W
5. 小文综合复习“研究小灯泡的电阻”和“研究小灯泡的电功率”两个实验。电路如图所示，所用灯泡规格是“2.5V 0.3A”。
（1）测小灯泡的电阻的原理是________；测小灯泡电功率的原理是______；
（2）小文在两个实验中都收集到三组证据：①2.0V 0.26A 灯泡发光暗淡；②2.5V 0.30A 灯泡正常发光；③3.0V 0.32A 灯泡强烈发光。在“研究小灯泡的电阻”实验中，合理的实验顺序是_______________；在“研究小灯泡的电功率”实验中，合理的
实验顺序是_______________（只写序号）。
（3）通过处理证据，可以获得相应的实验结论：
①“研究小灯泡的电阻”实验的具体结论是______；
②在“研究小灯泡的电功率”实验中，通过计算灯泡电功率并比较对应电压关系，我们可以发现，当U实＞U额时，____________。
【答案】（1）R=U/I，P=UI；（2）①②③或③②①，②③①或②①③；（3）同一小灯泡，灯丝温度越高，灯丝电阻越大；P实＞P额。
【解析】（1）测小灯泡电阻的原理是R=U/I。测小灯泡电功率的原理是：P=UI。
（2）在“研究小灯泡的电阻”实验中，根据灯泡的亮度变化进行实验，故合理的实验顺序是①②③或③②①。
在“研究小灯泡的电功率”实验中，要先使灯泡在额定电压下正常发光，再改变灯泡两端的电压，观察灯泡在非额定电压下的发光情况，故合理的实验顺序是②③①或②①③。
（3）①研究小灯泡的电阻的实验中会发现灯丝的电阻随温度的增大而增大，故得出的结论是：同一小灯泡，灯丝温度越高，灯丝电阻越大。
②在研究小灯泡的电功率实验中，灯丝的电阻不变时，根据
P=U2/R可知，当U实＞U额时，P实＞P额。
6. 请完成下面的实验测量：不用电压表，用如图所示的电路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）_________________________________.
（2）闭合开关S、S1，断开开关S2，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＝_________W.
【答案】（1）闭合S、S2，调节滑动变阻器的滑片P，使电流表示数I1＝I额；（3）R0（I-I额）I额.
【解析】①闭合开关S、S2，调节滑动变阻器R的滑片P，使电流表示数I1＝I额；
②闭合开关S、S1，断开开关S2，记录下此时电流表的示数为I；
③定值电阻R0的电流为：I0=I-I额，定值电阻R0的电压为：
U0= I0R0= （I-I额）R0，因为灯泡两端的电压等于定值电阻的电压，
所以灯泡的额定功率为：P额= U0I0 =（I-I额）R0I额
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
实验次数
1
2
3
4
5
电压U/V
1
1.5
2
2.5
3
电流I/A
0.14
0.18
0.22
0.26
0.30
实际功率P/W
0.14
0.27
0.44
0.90
灯泡亮度
逐渐变亮
1. 会测算小灯泡的实际功率和额定功率，进一步练习使用电流表、电压表、滑动变阻器。
2. 通过实验，体验小灯泡的电功率随它两端电压的变化而变化的规律。
3. 通过实验认识用电器正常工作与不正常工作对用电器的影响，培养科学使用用电器的意识。
【学习重点】
1. 用伏安法测量小灯泡实际功率的方法和步骤；
2. 区分额定功率与实际功率以及讨论实验中发现的新问题。
【学习难点】
学生自己设计实验方案、实验步骤并得出实验结论。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
测量小灯泡的电功率
一、实验原理：P = UI
二、实验器材：电源、电压表、电流表、小灯泡、滑动变阻器、开关、导线。
三、实验电路：如图所示。
四、实验步骤：
①根据电路图连接电路。连接电路时开关要断开，滑动变阻器的滑片要调节到阻值最大端。
②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使小灯两端的电压分别等于、低于、高于额定电压（不能超过额定电压的1.2倍），记录电压表、电流表的示数，观察小灯泡的发光情况。
③计算出小灯泡的实际功率，并记录在表格中。
五、实验结论：
灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，实际功率越大，灯泡越亮。小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
【合作探究】
探究一、测量小灯泡的电功率
【想一想】测量小灯泡的电功率需要测量哪些物理量？用到哪些实验器材？画出实验电路图。
1. 设计实验
（1）需要测定的物理量
根据公式P=UI，若求小灯泡的电功率，需测定小灯两端的电压与通过的电流。
用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，就可以计算出小灯泡的电功率，这种测量方法也叫做伏安法。
（2）实验电路图
在电路中，使小灯泡与滑动变阻器串联，电压表与小灯并联，电流表串联在电路中。移动滑动变阻器的滑片，可以改变小灯泡两端的电压及通过的电流，使小灯泡在不同电压下发光。
（3）选择实验器材和仪器
根据小灯泡的额定电压选择实验器材的规格。例如选用的小灯泡标有“2.5V 0.3A”，则电源至少需要2节干电池串联（电压为3V），电压表使用0～3V量程，电流表使用0～0.6A量程。
实验器材：电源、开关、电流表、电压表、导线、滑动变阻器、小灯泡（额定电压2.5 V）。
（4）设计记录表格
实验次数
电压U/V
电流I/A
电功率P/W
灯泡发光情况
1
2
3
2. 进行实验
①按照电路图连接电路。注意断开开关，将滑动变阻器滑片放在阻值最大处；将电压表和电流表指针调零。
②闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.5V（等于额定电压），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
③ 闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.0V（低于额定电压），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
④闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.9V（不能超过额定电压的1.2倍），记下此时对应的电流表示数，并观察灯泡的发光情况。
⑤数据处理
根据公式P=UI 计算出小灯泡的额定功率和实际功率。
3. 分析与论证
（1）分析表格中的实验数据得出：小灯两端的实际电压越高，小灯的电功率越大，灯泡越亮。
（2）小灯泡的亮度直接由它的实际电功率决定。
（3）小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
P额=UI=2.5V×0.26A=0.65W
（4）实验结论：
①当小灯泡的实际电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于额定功率，小灯泡正常发光。
②当实际电压低于额定电压时，小灯泡的实际功率小于额定功率，小灯泡发光较暗。
③当实际电压高于额定电压时，小灯泡的实际功率大于额定功率，小灯泡发光较亮。
4. 交流合作
（1）对小灯泡的电功率进行了三次测量，为什么不求小灯泡功率的平均值?
【分析】额定功率是额定电压下的功率，不是不同电压下功率的平均值；用电器在不同电压下的实际功率不同，把三次测量的平均值作为小灯泡的额定功率是不合理的。
（2）本实验与伏安法测小灯泡电阻相比较，有哪些异同点？
【分析】①相同点：
测量的物理量相同，都是电压和电流；测量的电路（实验装置）相同；滑动变阻器的作用相同。
②不同点：
a. 实验原理不同：测电功率的原理P=UI；测灯泡电阻的原理R=U/I。
b. 实验结论不同：测电功率的实验结论：小灯泡的亮度由它的实际电功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。
测小灯泡电阻的实验结论：小灯泡的电阻随着灯丝温度的升高而变大。
5. 想想做做
（1）小华同学想探究发光二极管的发光情况。他选择了额定电压为6V的发光二极管换下小灯泡接入电路。闭合开关时，发光二极管的亮度和小灯泡正常发光差不多，电流表指针偏小，且调节滑动变阻器的滑片时，发光二极管的亮度和电流表示数几乎不变，这时小华将电流表换成量程更小的灵敏电流计，同时为了多测几组数据将滑动变阻器更换最大阻值比较大的滑动变阻器。
（2）小华测出几组数据后作出了发光二极管的U-I图像如图所示，他发现在亮度相当的情况下，发光二极管的功率要比小灯泡小的多，分析原因。
【分析】根据U-I图像可知，发光二极管发光时（额定电压为6V），电流为20mA左右，电功率P=UI=6V×0.02A=0.12W，所以电功率比小灯泡小的多，亮度相当，说明二极管的发光效率很高。
因为普通的灯泡发光时，电能主要转化为内能，很小一部分转化为光能，而大部分的内能散发到了空气中，浪费了大量的电能；
新型的二极管光源，可以将电能直接转化为光能，效率高，只有很小一部分转化为内能，所以是近年来大力发展的新型光源．
【例题1】某同学利用如图所示电路，测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，下列说法错误的是（ ）
A．当电压表示数为2.5V时，测出通过小灯泡的电流，可算出小灯泡的额定功率了
B．闭合开关后，小灯泡不发光，一定是小灯泡灯丝断了
C．闭合开关前，滑片P应滑到B端
D．实验还可得知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮
【答案】B.
【解析】A．额定电压是2.5V时，电流就是额定电流，利用P=UI即可算出小灯泡的额定功率，故A正确，不符合题意；
B．闭合开关，小灯泡不发光，有可能是小灯泡短路或断路或者电路其它部分有断路，故B错误，符合题意；
C．闭合开关前滑动变阻器应位于最大阻值处，即滑片滑到B端，故B正确，不符合题意；
D．通过滑动滑片观察电压表和电流表示数，则小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮，故D正确，不符题意。
故选B。
【例题2】实验室购买了一批规格为“2.5V 0.8W”的小灯泡，物理兴趣小组的同学通过测量小灯泡的额定功率来鉴别灯泡是否符合规格。他们准备了如下器材：电源（电压恒为6V）、开关、滑动变阻器（“20Ω 1A”）、电流表各1个，导线若干。
（1）若要完成此实验，还需要的器材是____；请画出实验电路图；
（2）按正确的电路图连接好电路，闭合开关，发现小灯泡强烈发光后立即熄灭，造成这种现象的原因可能是_________；
（3）问题解决后继续实验，当小灯泡两端电压为2.5V时，电流表示数如图所示，电流为_____A，小灯泡的电功率为_____W，小灯泡是否符合规格？___________；
（4）兴趣小组按上述操作测量了这批小灯泡在电压为2.5V时的电功率，发现其中一些小灯泡不符合规格，如果问题出在钨丝的制作环节，其原因可能是___________。
【答案】（1）电压表，见右图；（2）见解析；（3）0.32，0.8，符合；（4）见解析。
【解析】（1）测量小灯泡的额定功率中，需要滑动变阻器与灯泡串联，电压表测量灯泡电压，电流表测量灯泡电流，开关控制电路通断，故实验还需要的器材是电压表。
测量小灯泡的额定功率的电路图如图所示：
（2）按正确的电路图连接好电路，闭合开关，发现小灯泡强烈发光后立即熄灭，说明闭合开关后，灯泡的电流过大，电路中电阻过小，因此原因可能是连接电路前，滑动变阻器滑片没有滑至阻值最大处。
（3）由图，电流表示数为0.32A，即灯泡正常发光的电流为0.32A。
小灯泡的电功率 P=UI= 2.5V × 0.32A=0.8W
与购买的小灯泡规格“2.5V 0.8W ” 相符，说明小灯泡符合规格。
（4）一些小灯泡不符合规格，如果问题出在钨丝的制作环节，可能是钨丝的电阻不合格。因为电阻与材料、长度、横截面积有关，则制作钨丝时，钨丝材料、长度、横截面积不合格等都有可能是小灯泡不符合规格的原因。
探究二、特殊方法测小灯泡的电功率
一些情况下，当缺少电流表或电压表时，我们可以借助于其它一些器材，测出小灯泡的电功率。
1. 单伏法（测量器材是电压表，缺少电流表 ）
设计实验：借助定值电阻，利用电压表计算出灯泡的额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。
实验器材：电源（电压未知），1个电压表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
（1）已知小灯泡的额定电压U额
①电路如图所示。闭合S、S1，断开S2，调节滑动变阻器R，使电压表示数为U额，此时灯泡正常发光；
②闭合S、S2，断开S1，电压表测出R0与L两端的电压U合。
灯泡的额定电流： I额= U合-U额R0
灯泡的额定功率：P额=U额I额 = U额U合-U额R0
（2）已知小灯泡的额定电流I额
①电路如图所示。闭合S，S1，断开S2，调节滑动变阻器R，使得电压表示数为I额R0，此时灯泡正常发光；
②闭合S，S2，断开S1，电压表测出R0与L两端的电压U合。
③计算灯泡的额定电压：U额=U合-I额R0
灯泡的额定功率：P额=U额I额=（U合-I额R0）I额
2. 单安法（测量器材是电流表，缺少电压表）
设计实验：借助定值电阻，利用电流表计算出灯泡的额定电压或额定电流，利用P=UI算出额定功率。
实验器材：电源（电压未知），1个电流表，1个滑动变阻器，1个已知阻值为R0的定值电阻。
（1）已知小灯泡的额定电压U额。
①闭合S、S1，断开S2，调节滑动变阻器R，使得电流表示数为U额/R0，此时灯泡正常发光；
②闭合S、S2，断开S1，电流表测出通过R0与L的合电流I总。
③灯泡的额定电流： I额= I总−U额R0
灯泡的额定功率：P额=U额I灯 = U额（I总−U额R0）
（2）已知小灯泡的额定电流I额 。
①闭合S、S2，断开S1，调节滑动变阻器R，使得电流表示数为I额，此时灯泡正常发光；
②闭合S、S1，断开S2，电流表测出通过R0与L的合电流I总。
灯泡的额定电压：U额= U0= （I总−I额）R0
灯泡的额定功率： P额=U额I额 = （I总−I额）I额R0
【例题3】某实验小组用图甲所示的器材测量小灯泡的电功率，已知电源电压恒为4.5V，待测小灯泡L的额定电压为2.5V，滑动变阻器R的规格为“20Ω 1A”。
（1）连接电路前，开关应处于___________状态；
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于B端的原因是______。电路正确连接后，闭合开关，他们发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表指针明显偏转，你认为造成这一现象的原因可能是
_________；（填字母）
A．电流表断路 B．滑动变阻器短路 C．小灯泡灯丝断了 D．小灯泡短路
（3）排除故障后，按图甲所示的电路继续进行实验。闭合开关，移动滑片P，使小灯泡L发光，测出小灯泡L的相关物理量，记录和计算结果如表，则小灯泡的额定功率为___________W；
（4）另一小组用相同器材实验时，发现电流表不能正常使用。他们选用一个定值电阻R0，设计了如图乙所示的电路图，并进行如下实验操作：
①按图乙连接电路，检查无误后，闭合开关S，S1，调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为________V；
②S处于闭合状态，滑片不动，断开S1，闭合S2，读出电压表示数为U0；
③小灯泡的额定功率：P额=________（用U额、U0、R0表示）。
【答案】（1）断开；（2）接入电路的电阻最大，保护电路；C；（3）0.65；（4）2，U额U0/R。
【详解】（1）连接电路前，为了保护电路，开关应处于断开状态。
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于B端，这可以让变阻器接入电路的电阻最大，从而电路的电流较小，保护电路。
这是一个串联电路，电流表无示数说明电路有断路，小灯泡不亮，电压表指针明显偏转，那么应该是小灯泡断路了。故选C。
（3）从题中条件可知，小灯泡的额定电压是2.5V，再观察表中数据可知，这时小灯泡的电流是0.26A，根据电功率的公式P=UI可知，小灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.26A=0.65W
小灯泡的额定功率是0.65W。
（4）按图乙连接电路，检查无误后，闭合开关S，S1，这时灯泡L、定值电阻R0、滑动变阻器串联接在电路中，电压表并联在定值电阻R0、滑动变阻器的两端，测的是定值电阻R0、滑动变阻器的电压之和，应调节滑动变阻器滑片，使小灯泡正常发光，这时小灯泡的电压是2.5V，电源电压恒为4.5V，根据串联电路的电压规律可知，电压表的示数
U=U总-UL=4.5V-2.5V=2V
即调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为2V；
S处于闭合状态，滑片不动，断开S1，闭合S2，这时电路还是串联不变，电压表测的是定值电阻R0的电压，读出电压表示数为U0，根据欧姆定律可知电路的电流I=I0=U0/R
小灯泡的电压是额定电压U额，根据电功率的公式可知，小灯泡的额定功率
P额=U额I= U额U0/R。
【例题4】小红在测量小灯泡的电功率实验中，选用的小灯泡标有“2.5V”字样。
①请你在图甲电路中用笔画线代替导线，将电路连接完整。
②某次实验过程中电压表示数为2V，为测定小灯泡的额定功率，小红应将变阻器滑片向 （填“A”或“B”）端移动，同时注意观察电压表的示数变化，直到小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 W。
③小红还设计出了只有电流表、没有电压表时测量小灯泡额定功率的方法，其电路图如图丙所示。
已知定值电阻R0为5Ω，小红调节滑动变阻器的滑片，先使电流表A2的示数为 A时，再读出电流表A1的示数为0.3A，就测量出小灯泡的额定功率为_______W。
【答案】（1）见图；（2）B，0.75W；（3）0.5，0.75。
【解析】（1）该实验中，灯泡应与电流表串联，电压表应与灯泡并联，如下图所示；连电路时，为保护电路，开关应处于断开状态。
（2）此时电压表的示数为2V，小于灯的额定电压2.5V，故应增大灯两端的电压，根据串联电路分压原理可知，应减小变阻器连入电路中的电阻，故滑片向B端移动，直到电压表示数为2.5V，
小灯泡正常发光，此时电流表示数为0.3A，则小灯泡的额定功率为
P=UI=2.5V × 0.3A=0.75W
（3）小灯泡的额定电压“2.5V”；现在小灯与R0并联，则R0两端的电压必须为2.5V，小灯才能正常发光，所以电流表A2的示数为
I0=U0R0 = 2.5V5Ω=0.5A
灯的额定功率P额=U额I额=2.5V×0.3A=0.75W
【精讲点拨】
1. 小灯泡的亮度取决于小灯泡的实际功率，实际功率越大，小灯泡越亮。小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。
2. 伏安法测小灯泡的电功率与伏安法测小灯泡的电阻的实验的异同：
（1）相同点：①伏安法；测量的物理量相同；②电路相同；③滑动变阻器的作用相同。
（2）不同点：①实验目的不同；②实验原理不同；③实验结论不同。
【归纳整理】
第3节 测量小灯泡的电功率
【课堂练习】
1．在进行实验时，往往需要我们手眼并用，在“测定小灯泡额定功率”的实验中，要让小灯泡在额定电压下发光，当手移动变阻器滑片时，眼睛应观察（ ）
A．灯泡的发光情况 B．变阻器滑片的位置
C．电压表的示数 D．电流表的示数
【答案】C.
【解析】灯在额定电压下正常发光，在“额定电压下测定小灯泡额定功率”的实验中，当手移动变阻器滑片时，眼睛应观察电压表示数，使达到额定电压，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
2．如图，测量小灯泡电功率的实验电路图。电源为两节新干电池，小灯泡的额定电压为2.5V，额定电功率约0.8W左右。请你用笔画线代替导线将实物图连接起来。要求：滑动变阻器的滑片向左移时，小灯泡发光变亮。
【答案】见右图。
【解析】小灯泡的额定电压为2.5V，故电压表选用小量程与灯并联；灯的额定电功率约0.8W左右，灯的额定电流约为I=P/U=0.8W/2.5V=0.32A
故电流表选用小量程与灯串联；
滑动变阻器的滑片向左移时，小灯发光变亮，即电流变大电阻变小，故变阻器左下接线柱连入电路中.
3．伏安法测小灯泡的电功率
实验原理：___________；
实验器材：___________________________、开关和导线等；
实验电路图：如图所示。
实验方案：
（1）在实验中，通过调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压等于_____，观察_______，记下电压值和______，算出它的______，这个功率就是它的________；
………
【答案】P=UI；电源、额定电压已知的小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器；额定电压，小灯泡的亮度，电流值，功率，额定功率。
4．为测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，小明设计了如图甲所示的电路。
（1）正确连接电路后，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于最______端（选填“左”或“右”）。
（2）调节滑动变阻器，当电压表示数为2V时，电流表示数如图乙所示为____A。
（3）要测得小灯泡的额定功率，他还应继续将滑动变阻器的滑片向____（选填“左”或“右”）端移动，使电压表示数为2.5V，若此时电流表示数为0.5A，则小灯泡的额定电功率为______W。
【答案】（1）右；（2）0.42；（3）左，1.25.
【解析】（1）为了保护电路，所以闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于阻值的最大处，即置于滑动变阻器的最右端。
（2）电流表连接的是小量程0~0.6A，一个大格代表0.2A，一大格又分了10个小格，一小格代表0.02A，所以此时电流表的示数为0.42A。
（3）为了测得小灯泡的额定电功率，应调节滑片使电压表的示数为额定电压为2.5V，此时电压表的示数为2V，根据串联电路的电压规律，要想让灯两端的电压达到额定电压2.5V，使串联的滑动变阻器两端的电压减小，即滑动变阻器的电阻变小，所以滑片向左移动。
灯的额定电压为2.5V，此时电流表示数为0.5A，根据P=UI得
P=UI=2.5V×0.5A=1.25W
5. 小文综合复习“研究小灯泡的电阻”和“研究小灯泡的电功率”两个实验。电路如图所示，所用灯泡规格是“2.5V 0.3A”。
（1）测小灯泡的电阻的原理是________；测小灯泡电功率的原理是______；
（2）小文在两个实验中都收集到三组证据：①2.0V 0.26A 灯泡发光暗淡；②2.5V 0.30A 灯泡正常发光；③3.0V 0.32A 灯泡强烈发光。在“研究小灯泡的电阻”实验中，合理的实验顺序是_______________；在“研究小灯泡的电功率”实验中，合理的
实验顺序是_______________（只写序号）。
（3）通过处理证据，可以获得相应的实验结论：
①“研究小灯泡的电阻”实验的具体结论是______；
②在“研究小灯泡的电功率”实验中，通过计算灯泡电功率并比较对应电压关系，我们可以发现，当U实＞U额时，____________。
【答案】（1）R=U/I，P=UI；（2）①②③或③②①，②③①或②①③；（3）同一小灯泡，灯丝温度越高，灯丝电阻越大；P实＞P额。
【解析】（1）测小灯泡电阻的原理是R=U/I。测小灯泡电功率的原理是：P=UI。
（2）在“研究小灯泡的电阻”实验中，根据灯泡的亮度变化进行实验，故合理的实验顺序是①②③或③②①。
在“研究小灯泡的电功率”实验中，要先使灯泡在额定电压下正常发光，再改变灯泡两端的电压，观察灯泡在非额定电压下的发光情况，故合理的实验顺序是②③①或②①③。
（3）①研究小灯泡的电阻的实验中会发现灯丝的电阻随温度的增大而增大，故得出的结论是：同一小灯泡，灯丝温度越高，灯丝电阻越大。
②在研究小灯泡的电功率实验中，灯丝的电阻不变时，根据
P=U2/R可知，当U实＞U额时，P实＞P额。
6. 请完成下面的实验测量：不用电压表，用如图所示的电路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）_________________________________.
（2）闭合开关S、S1，断开开关S2，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＝_________W.
【答案】（1）闭合S、S2，调节滑动变阻器的滑片P，使电流表示数I1＝I额；（3）R0（I-I额）I额.
【解析】①闭合开关S、S2，调节滑动变阻器R的滑片P，使电流表示数I1＝I额；
②闭合开关S、S1，断开开关S2，记录下此时电流表的示数为I；
③定值电阻R0的电流为：I0=I-I额，定值电阻R0的电压为：
U0= I0R0= （I-I额）R0，因为灯泡两端的电压等于定值电阻的电压，
所以灯泡的额定功率为：P额= U0I0 =（I-I额）R0I额
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
实验次数
1
2
3
4
5
电压U/V
1
1.5
2
2.5
3
电流I/A
0.14
0.18
0.22
0.26
0.30
实际功率P/W
0.14
0.27
0.44
0.90
灯泡亮度
逐渐变亮
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