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電功與電功率實驗探究題專題
電功和電功率實驗探究題的常見考點集中在滑動變阻器的選擇與應用、電路故障分析、電功率計算、實驗數(shù)據處理、U-I圖像分析等。
題型一、求滑動變阻器的規(guī)格
1最大阻值
【限制條件】電路/實驗中的最小·電流
【分析】電路中電源電壓是一定的，電路中電流最小時，對應的阻值為最大值，該實驗操作要求“換大調大”所以利用最小電流、最大定值電阻規(guī)格的狀態(tài)可以找到最大阻值
2最大電流
【限制條件】不小于電路實驗中的最大電流
【分析】實驗數(shù)據中會有最大電流的數(shù)據，為了安全原則，滑動變阻器能允許通過的最大電流至少比此數(shù)據大才行
題型二、電路故障
解題方法：
故障現(xiàn)象 可能原因
電流表無示數(shù)，電壓表滿偏 燈泡斷路（電壓表串聯(lián)接入電路）
兩表均有示數(shù)，燈泡不亮 實際功率太小（滑動變阻器阻值過大或燈泡電阻太大）
燈泡突然熄滅，電壓表示數(shù)接近電源電壓 燈泡斷路（電阻無窮大，電壓全部分配到電壓表）
題型三、額定功率的計算和實驗數(shù)據處理
1.解題方法：找到額定電壓U額和對應的電流I額，用P額=U額*I額計算。
2.數(shù)據處理合理性分析
（1）若多次測量的電壓均接近額定電壓（如3.8V難以精確讀取），取平均值可減小偶然誤差，方法合理；若電壓明顯偏離額定電壓，不可求平均。
（2）多次測量觀察小燈泡在不同功率時的亮度變化。計算額定功率時要選取額定電壓那一組數(shù)據進行計算。伏安法測功率不需要計算三次實驗的平均功率。
題型四、圖像含義
解題方法：①燈泡U-I圖像為曲線（電阻隨溫度升高而增大），滑動變阻器為直線（純電阻，阻值固定）。
②陰影部分面積=電壓×電流=對應狀態(tài)下的功率（如第3題陰影為燈泡實際功率）
專題練習鞏固：
在“測量小燈泡電功率"的實驗中，小晨所在的實驗小組用的電源電壓為9伏，小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻大約為10Ω。
實驗器材中兩種規(guī)格分別為“10Ω 1A”、“20Ω 2A”的滑動變阻器可供選擇。本實驗中應該選擇規(guī)格 的滑動變阻器；
圖甲是該小組連接的實物圖，其中有一根導線連接錯誤，請你在圖上連接錯誤的導線上打“×”，并在圖上補畫出正確的連線；
（3）觀察圖乙，該實驗小組發(fā)現(xiàn)無法準確判斷電壓表指針是否指向3.8伏。于是他們重復做3次實驗，每次實驗都認為電壓表示數(shù)最接近3.8伏。相關實驗記錄及數(shù)據處理見下表：
實驗序號 電流表示數(shù)/A 測得燈泡的額定功率/W 測得燈泡額定功率得平均值/W
1 0.28 1.06
2 0.30 1.14
3 0.31 1.18
你認為這樣處理數(shù)據的方法是否合理并作說明 。
（4）實驗結束后，小晨在整理實驗器材時，發(fā)現(xiàn)滑動變阻器的BP部分比PC部分熱，這是因為 。
2.小科同學在測定“小燈泡電功率”的實驗中，電源為三節(jié)干電池，小燈泡額定電壓為2.5V。
（1）請用線代替導線，將圖甲中的實物電路正確連接完整。
（2）小科連接電路后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P，測量了六組且記下對應的電壓表（0.5V、1.0V、….、3.0V）和電流表的示數(shù)，并繪制成圖乙所示的I一U圖像，可計算出小燈泡的額定功率是 W。
根據圖乙分析，為完成上述整個實驗，最合理的滑動變阻器應選 。
A.“0.5A10” B.“1A20Ω” C.“1A60Ω” D.“0.2A 200Ω”
3.如圖1所示為測量“不同電壓下小燈泡的電功率”的實物連接圖.器材規(guī)格：電源電壓3V，小燈泡的額定電壓2.5V。
（1）閉合開關，發(fā)現(xiàn)兩電表指針處于圖2所示位置，此時電路出現(xiàn)的故障是 。
（2）故障排除后，按正確操作步驟進行實驗，測量并記錄了5組實驗數(shù)據，得到小燈泡兩端的電壓與通過小燈泡的電流的U-I圖像，如圖3所示.據圖推測：圖中陰影部分面積大小表示的含義 ：實驗中滑動變阻器的規(guī)格可能為下列選項中的 。
A.10Ω 1A B.40Ω 0.2A C.30Ω 1A
（3）圖4是小燈泡和滑動變阻器的U-I關系圖像.請判斷：曲線1、2、3中哪條符合滑動變阻器U-I實際關系 （選填“1”或“2”或“3”）。
4.用圖1所示電路測量“小燈泡的額定功率”。待測小燈泡的額定電壓為2.5V，額定功率小于1W,電源為兩節(jié)干電池，滑動變阻器R的規(guī)格為"20Ω 1A
圖1圖2
（1）請你用筆畫線代替導線，在圖1把電路連接完整(滑片向右移動，燈泡變亮)；
（2）正確連接完電路，閉合開關，向右逐漸移動滑片，小燈泡逐漸變亮，突然小燈泡熄滅，電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)接近3V，原因是小燈泡 （填“短路”或“斷路”）。
（3）排除故障后，閉合開關，緩慢移動滑動變阻器的滑片，同時觀察 表示數(shù)的變化，當小燈泡正常發(fā)光時，電流表示數(shù)如圖2所示，記錄數(shù)據并算出小燈泡的額定功率 W。
（4）小燈泡用久了，鎢絲會變細，在2.5V電壓下，小燈泡實際功率 (選填“大于"小于”或“等于”)額定功率。
5.小科進行了如下電學實驗
（1）正確連接電路后，閉合開關S，小燈泡不亮，電壓表和電流表均有示數(shù)，可能是小燈泡 。
A.短路 B.開路 C.實際功率太小
（2）調節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表示數(shù)為2V，電流表示數(shù)如圖乙所示，此時小燈泡的電功率為 W。
（3）將以上實驗的小燈泡更換成不同阻值的定值電阻，閉合開關并移動滑片，使定值電阻兩端電壓始終保持不變，記錄每次的電流值和電阻值。據此推測，該實驗是在研究 的關系。
（4）下表是小科測得的數(shù)據，據表中數(shù)據判斷，小科連接的實驗電路是下圖中 。
6.小豐同學利用如圖1所示的電路來測量小燈泡的電功率（電源電壓3V，小燈泡的額定電壓2.5V)。
（1）閉合開關時，發(fā)現(xiàn)兩電表指針處于圖2所示位置，此時燈泡 （選填“不發(fā)光”“微弱發(fā)光”或“比正常亮”）。
（2）故障排除后，從滑動變阻器接入電路阻值最大時開始記錄數(shù)據，得到小燈泡U-I圖象如圖3所示，則小燈泡的額定功率是 W。
（3）他做完以上實驗后，又想測出一個未知電阻Rx的阻值，連接電路時發(fā)現(xiàn)電壓表已損壞，于是他又設計了如圖4所示的電路，也測出了電阻的阻值（R0是已知阻值的定值電阻）。
請你幫他完成下列步驟。
①只閉合開關S，電流表的示數(shù)為I1；②開關 電流表的示數(shù)為I2；
③請寫出未知電阻Rx的阻值表達式：Rx= （用I1、I2和R0表示）
7.小科同學在測定“小燈泡電功率”的實驗中，電源為三節(jié)干電池，小燈泡額定電壓為2.5V。
（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整。
（2）小科連接電路后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P到某一位置時，電壓表的示數(shù)如圖乙，若要測量小燈泡的額定功率，接下來的操作是 ；小科同學測量了六組且記下對應的電壓表（0.5V、1.0V、、3.0V）和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的1一U圖像，可計算出小燈泡的額定功率是 w。
（3）根據圖丙分析，為完成上述整個實驗，最合理的滑動變阻器應選 。
A.“0.5A 10Ω” B.“1A 20Ω” C.“1A 60Ω" D.“0.2A 200Ω”
8.在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，使用用如圖甲所示的電路，其中電源電壓保持6V不變，小燈泡額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）。
（1）為能順利完成該實驗探究，下列四種規(guī)格的滑動變阻器應選用 。
A.“10Ω；0.2A”的滑動變阻器 B.“10Ω；0.5A”的滑動變阻器
C.“20Ω；0.2A”的滑動變阻器 D.“20Ω；0.5A”的滑動變阻器
（2）電路連接完成后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，若電路只有一處敵障，則故障障原因是：
。
（3）排除故障后，閉合開關，移動滑片至某一位置時，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)如圖乙所示；此時為了測量小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片向 端移動。（選填：“A”或“B”）；
（4）多次測量，得出通過小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關系如圖丙所示。分析圖像可知：該小燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器的功率為 W。
9.在“測量小燈泡額定功率”實驗中，同學們進行了如下研究。
（1）【實驗器材】規(guī)格為“3.8V”的小燈泡、學生電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、開關、滑動變阻器（“40Ω 1A”）等各一只，導線若干。
（2）【實驗方案】按圖甲電路進行實驗，將量程為0~15伏的電壓表并聯(lián)到小燈泡兩端，閉合開關，移動變阻器滑片使小燈泡正常發(fā)光，電流表示數(shù)如圖乙所示，則該小燈泡的額定功率為 W。
（3）【實驗反思】電壓表選用0～15伏量程與電壓表選用03伏的量程相比，會導致3.8伏讀數(shù)不夠精確，這是因為 。
實驗改進：現(xiàn)電壓表選用0～3伏的量程，并將其并聯(lián)到滑動變阻器兩端，調節(jié)滑片使電壓表示數(shù)為2.2伏，即可減小誤差。
（4）【重新實驗】重新設計了如圖丙所示電路圖，電壓表選用0~3伏量程。按照規(guī)范操作，閉合開關，電壓表示數(shù)如圖丁所示，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是
（從阻值角度分析）。同學們通過一定的措施后按圖內完成了實驗。
（5）【分析評價】在老師的指導下，同學們對實驗展開分析討論時得知：導線、電源、電流表等也有電阻，可能會影響實驗結果。你認為改進后重新實驗測出的小燈泡“額定功率”與真實的小燈泡額定功率相比 （填“偏大”“偏小”或“相等”）。
參考答案
(1)當小燈泡正常發(fā)光時，UL=3.8伏，燈絲電阻約為10歐，此時電流I=0.38安，滑動變阻器兩端的電壓為UR=9伏一3.8伏=5.2伏，滑動變阻器接入電路的阻值R= 13.7歐，所以滑動變阻器應選I0.38安“20Ω 2A”。
三次實驗電壓表的示數(shù)都接近3.8伏，此時對應的電流都為額定電流，為了減小誤差，可以取這三次額定功率的平均值。
(4)BP 部分是電阻絲，阻值較大，而PC部分電阻小，甚至可以將它忽略，根據焦耳定律可知，電阻越大，產生的熱量越多。
答案(1)“20Ω 2A” (2)見解圖
合理，由于3.8伏中的“8”是估計的，導致額定功率應該是三次測量值的平均值，故這種求平均功率的方法是合理的
BP部分與PC部分串聯(lián)，且BP部分比PC部分電阻大，根據焦耳定律可知，BP部分產生的熱量多
(1)測定“小燈泡電功率”的實驗中，電壓表并聯(lián)在小燈泡兩端，小燈泡額定電壓為2.5V,故電壓表選擇小量程；滑動變阻器“一上一下”串聯(lián)接入電路；如下圖所示:
由圖丙可知，燈的電壓為2.5V時，通過的電流為0.4A,所以小燈泡的額定功率為: PL=ULIL=2.5V×0.4A=1W; (3)電源由三節(jié)干電池，所以電源電壓4.5V; 小科同學測量的六組實驗中，燈泡兩端電壓最小0.5V,由分壓原理知，變阻器連入電路的阻值最大， 由圖象知，電路中電流約為0.1A, 則此時變阻器連入電路的阻值為: R= 40Ω由圖像知，燈泡電壓為3V時的電流大于0.4A,所以應選擇“1A60Q"的變阻器，故選:C。
故答案為:(1)見解答圖； (2)1; (3)C。
3.(1)經分析，閉合開關，小明發(fā)現(xiàn)兩電表指針處于圖乙所示位置，即電壓表的示數(shù)等于電源電壓，電流表的示數(shù)為零，則故障為燈斷路；
(2)由圖知陰影部分面積等于電壓為0.5V時電壓與電流的乘積，根據P=U知陰影部分面積為電壓為0.5V 時的電功率:P-U=0.5V×0.1A=0.05W; 由圖可知，當變阻器連入電路中最大電阻時，電路中電流I=0.1A最小，變阻器的電壓為: U滑=3V-1.0V=2V, 由歐姆定律變阻器接入電路的電阻: R=20Ω,故選用"30Ω 1A”滑動變阻器， 選C；
(4)由圖4可知，燈泡的兩端電壓增加的幅度要大于電流增加的幅度，由于滑動變阻器和燈泡串聯(lián)，其電流相等，電壓之和等于電源電壓，電源為定值，故滑動變阻器兩端對應的電壓減小幅度也要大于電流減小的幅度，故他們畫出的滑動變阻器的U-圖像應為圖丁中的曲線1。
故答案為:(1)小燈泡斷路；(2)小燈泡電壓為0.5 伏時的電功率大小0.05W;C;(3)1。
4.（1）（2）斷路；電壓表（3）0.7（4）小于
5.（1）小黃根據如圖甲的電路圖連接了電路，調節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表示數(shù)為2V,電流表示數(shù)如圖乙所示，電流表選用小量程，分度值0.02A,其示數(shù)為0.2A,則小火燈泡的電功率為: P=UI=2V ×0.2A=0.4W;
(2)小顏將以上實驗的小燈泡更換成了不同阻值的定值電阻，閉合開關并改變滑片位置，使定值電阻兩端電壓始終保持不變，記錄每次的電流值和電阻值，根據控制變量法的思想，小顏的這個實驗是在研究電流與電阻的關系；
(3)由表中數(shù)據知，電壓與電流的比一直在變化，且電壓表越大，電路中的電流越小，說明定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓，電流表測量的是電路中的電流，故C正確。
故答案為:(1)0.4W, (2)電流與電阻； (3)C
（1）不發(fā)光 （2）0.75 （3）S1和S2; (I2-I1)R0/I1
7.(1)圖略 (2)移動滑動變阻器的滑片，直到電壓表的示數(shù)為2.5；1W （3）C
8.（1）D (2)小燈泡斷路 （3）B （4）0.7W
詳解：（1)根據題意知道，電源電壓是U-6V,燈泡正常工作時，燈泡額定電壓是U燈=2.5V,所以，滑動變阻器兩端電壓是: U滑=6V-2.5V=3.5V,
又因為燈泡電阻約R燈=12Ω,所以，電路電電流是: I≈0.21A,
此時滑動變阻器連入阻值是: R滑≈16.7Ω,
所以應選“20Ω 0.5A”的滑動變阻器，即D符合題意；
閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，但電壓表有示數(shù)，說明在電壓表兩接線柱之間的電路是斷路，所以，出現(xiàn)故障的原因是小燈泡斷路；
(3)由圖乙知道，電壓表使用0-3V量程，分度值0.1V,示數(shù)為2.2V,由于小燈泡額定電壓為2.5V,所以，要測量小燈泡的額定功率，需要增大燈泡電壓， 由串聯(lián)電路的分壓原理知道，應減小滑動變阻器連入阻值，即滑片應向B端移動；
(4)當電壓表示數(shù)為2.5V時，燈泡正常發(fā)光，由丙圖象知道，此時燈泡的電流為0.2A,滑動變阻器兩端的電壓是: U滑=6V-2.5V=3.5V; 故滑動變阻器的功率是P=0.7W
9.(2)1.064; （3）電壓表0～15V量程的分度值太大；（4）滑動變阻器接入電路的阻值太大；（5）偏小

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