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- 2021-11-10 发布
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第
21
课时
电功率、焦耳定律相关实验
第五单元 电学与磁学
考点一 伏安法测量小灯泡的电功率
原理
P=UI
实物图
与电路图
(
续表
)
电路
连接
开关
:
连接电路时
,
开关要
断开
。
滑动变阻器
:
滑动变阻器
“
一上一下
”
接入电路
,
且开关闭合前
,
滑片要移到
阻值最大处
。
电表
:
①
电流表与小灯泡
串联
,
电压表与小灯泡
并联
;
②
电流从
正接线柱
流入
,
负接线柱
流出
;
③
电压表的量程由
小灯泡的额定电压
决定
,
电流表的量程由
小灯泡的额定电流
决定
滑动变
阻器的
作用
改变
灯泡两端的电压
和保护电路。连接电路无误后
,
移动滑片的位置
,
同时眼睛观察
电压表的示数
,
当电压表的示数达到额定电压时
,
停止移动滑片
,
并记下电流表的示数
,
利用公式即可求出灯泡的额定功率
(
续表
)
电路故
障分析
电表示数异常的原因
:
①
电流表无示数
:
与电流表串联的电路
断路
(
或电流表被短路或断路
);
②
电流表指针满偏
:
电流表
所选量程太小
或与之串联的电路发生
短路
;
③
电压表无示数
:
小灯泡发生
短路
(
或电压表短路或断路
,
或与电压表并联的电路以外部分断路
);
④
电压表示数接近电源电压
:
小灯泡发生断路
,
或滑动变阻器短路。
小灯泡不亮的原因
:
①
电路完好
,
灯不亮
:
滑动变阻器连入电路的阻值太大
,
移动滑片观察小灯泡是否发光
;
②
电路故障
,
灯不亮
:
小灯泡断路或短路
,
根据电表示数判断。
移动滑片
,
电表示数不变的原因
:
滑动变阻器
同时接两个上接线柱
或
同时接两个下接线柱
(
续表
)
多次
测量的
目的
测出小灯泡在不同电压下的实际功率并比较、探究
电功率与电压的关系及小灯泡亮度变化规律
(
小灯泡实际电压不同
,
小灯泡的实际功率理应不同
,
求平均值没有意义
)
设计
表格
物理量
实验次数
电压
U/V
电流
I/A
电动率
P/W
灯泡发
光情况
1
2
3
(
续表
)
图像
分析
小
灯泡的
U
-
I
图像是曲线
,
原因是
灯丝电阻随温度的升高而增大
实验
结论
不同
电压下
,
小灯泡的功率不同
,
实际电压越大
,
小灯泡的
功率越大
;
小灯泡的亮度由小灯泡的
实际功率
决定
,
实际功率越大
,
小灯泡越亮
实验
评估
小灯泡额定电压为
3
.
8 V
时
,
电压表读数不准确
;
若电源电压为
6 V,
可将电压表改接在滑动变阻器两端
,
来减小
实验误差
考点二 探究影响电流热效应的因素
1
.
实验装置如图
21-1
所示。
图
21-1
2
.
被加热的物质选用
空气
或煤油的原因
:
空气受热膨胀明显
,
煤油比热容小
,
都能使实验现象明显。
3
.
选择被加热物质时需要保证物质的
种类相同、质量相同、初温相同
。
4
.
转换法的应用
:
通过
U
形管中
液面高度的变化
或温度计示数的变化反映电流通过导体产生热量的多少。
5
.
控制变量法的应用
:
①探究电热与电流的关系时
,
控制电热丝的电阻值与通电时间相同
,
改变通过两电热丝的电流大小
;
②探究电热与电阻的关系时
,
控制通过电热丝的电流与通电时间相同
,
选择两电阻不同的电热丝
;
③探究电热与通电时间的关系
,
控制两电热丝的电阻和通过的电流相同
,
改变通电时间的长短。
6
.
多次测量的目的
:
使实验结论具有
普遍性
。
7
.
实验结论
:
电流通过导体产生的热量与
电流的平方
成正比
,
与
导体的电阻
成正比
,
与
通电时间
成正比。
突破一 测量小灯泡的电功率
例
1
在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4
.
5 V,小灯泡额定电压为2
.
5 V、电阻约为10 Ω。
(1)
请你用笔画线代替导线
,
将图
21-2
甲中
的实物电路连接完整
,
要求滑动变阻器的
滑片
P
向右移动时小灯泡变暗。
图
21-2
(1)
如图所示
例
1
在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4
.
5 V,小灯泡额定电压为2
.
5 V、电阻约为10 Ω。
(2)
闭合开关
,
移动滑动变阻器的滑片
P
,
发现小灯泡始终不亮
,
电压表有示数
,
电流表无示数
,
原因可能是
。
(3)
电路故障排除后
,
闭合开关
,
移动滑动变阻器
的滑片
P
到某一位置时
,
电压表示数如图乙所示
,
为
V,
若想测量小灯泡的额定功率
,
应将
图甲中的滑片
P
向
(
选填
“
A
”
或
“
B
”)
端移动
,
使电压表的示数为
2
.
5 V
。
图
21-2
小灯泡断路
2
.
2
A
例
1
在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4
.
5 V,小灯泡额定电压为2
.
5 V、电阻约为10 Ω。
(4)
移动滑片
P
,
记下多组电压表和电流表示数
,
并绘制图丙所示的
I
-
U
图像
,
根据图像信息
,
可计算出小灯泡的额定功率是
W,
此时小灯泡的电阻是
Ω
。
(5)
实验室可提供选用的滑动变阻器
R
1
和
R
2
的
最大电阻分别为
5 Ω
和
20 Ω,
请你判断本实验中
选用的是
(
选填
“
R
1
”
或
“
R
2
”)
。
图
21-2
0
.
5
12
.
5
R
2
例
1
在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4
.
5 V,小灯泡额定电压为2
.
5 V、电阻约为10 Ω。
(6)
小明按同一电路连接好最后一根导线
,
小灯泡立即发出明亮耀眼的光
,
并很快熄灭
,
检查后发现连线正确
,
请你找出他在实验中两
个操作不当之处
:
①
;
②
。
连接电路时开关没有断开
连接电路时滑片
P
没有移到阻值最大处
图
21-2
(7)
小勇利用上述装置测量另一只标有
“2
.
5 V”
字样的小灯泡的电功率
,
记录的数据如下表所示。分析实验数据得出
:
电压
U/
V
1
.
5
2
.
0
2
.
5
3
.
0
电流
I/
A
0
.
2
0
.
22
0
.
25
0
.
28
电功率
P/
W
0
.
3
0
.
44
0
.
625
0
.
84
发光情况
很暗
暗
正常发光
很亮
实际功率
实际功率
小灯泡两端的电压是额定电压时
,
变大
小灯泡的电阻随温度的
小灯泡的功率才是额定功率
升高而增大
例
1
在测定“小灯泡电功率”的实验中,电源电压为4
.
5 V,小灯泡额定电压为2
.
5 V、电阻约为10 Ω。
(8)
整理器材时发现滑动变阻器的
PA
部分比
PD
部分热
,
原因是
________________
。
PA
部分电阻比
PD
部分电阻大
图
21-2
例
2
在
“
测量小灯泡的额定功率
”
实验中
,
已连接的部分电路如图
21-3
甲所示
,
图中电源电压恒定
,
小灯泡上只能看到
“3
.
8 V”
字样。
(1)
请你用笔画线代替导线
,
将图甲中的实物电路连接完整。
图
21-3
(1)
如图所示
例
2
在
“
测量小灯泡的额定功率
”
实验中
,
已连接的部分电路如图
21-3
甲所示
,
图中电源电压恒定
,
小灯泡上只能看到
“3
.
8 V”
字样。
(2)
正确连接实验电路后
,
开始实验
,
在移动滑动变阻器滑片的过程中
,
眼睛应注视
的示数
,
直到小灯泡正常发光
,
此时
电流表的示数如图乙所示
,
则小灯泡的额定功
率为
W
。
图
21-3
电压表
1
.
52
例
2
在
“
测量小灯泡的额定功率
”
实验中
,
已连接的部分电路如图
21-3
甲所示
,
图中电源电压恒定
,
小灯泡上只能看到
“3
.
8 V”
字样。
(3)
完成上述实验后
,
小聪向老师要了一个已知阻值为
R
0
的电阻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
,
也测出了小灯泡的额定功率
,
请完成下列实验步骤
:
①闭合开关
S
1
,
将
S
2
拨到触点
(
选填
“1”
或
“2”),
移动滑片
,
使电压表的示数为
V;
②再将开关
S
2
拨到触点
(
选填
“1”
或
“2”),
保持滑片的位置不动
,
读出电压表的示数
U
;
③小灯泡额定功率表达式
P
额
=
。
(
用已知量和测量量表示
)
图
21-3
2
3
.
8
1
·
实验拓展
·
(4)
在实验时
,
电流表出现了故障不能使用
,
小聪向老师借了一只定值电阻
R
(
阻值已知
),
设计了如图
21-4
甲所示的电路
,
继续测量小灯泡的额定功率
,
实验过程如下
:
①闭合开关
,
移动滑片使电压表示数为
V;
②断开开关
,
保持滑片位置不变
,
将电压表接到
两端
,
然后闭合开关
,
读出电压表的示数为
U
;
③小灯泡的额定电功率
P=
。
(
用已知量和测量量表示
)
图
21-4
3
.
8
定值电阻
R
(5)
小聪新加一最大阻值为
R
2
的滑动变阻器
,
设计如图乙所示的电路也完成了该实验
,
实验过程如下
:
①闭合开关
,
使
R
2
(
最大阻值为
R
2
)
的滑片移动到最左端
,
调节
R
1
的滑片使电压表示数为
V;
②
_________________________________
,
读出并记录电压表的示数
U
;
③小灯泡的额定功率
P
额
=
。
(
用已知量和测量量表示
)
3
.
8
保持
R
1
的滑片位置不变
,
使
R
2
的滑片
移动到最右端
图
21-4
(6)
在实验时
,
电压表出现了故障不能使用
,
小聪向老师借了一只定值电阻
R
(
阻值已知
),
设计了如图
21-5
甲所示的电路
,
继续测量小灯泡的额定功率
,
实验过程如下
:
①先闭合开关
S
和
S
1
,
调节滑动变阻器
,
当电流表的示数为
时
,
小灯泡正常发光
;
②将
,
读出电流表的示数为
I
;
③小灯泡的额定功率
P
额
=
。
(
用已知量和测量量表示
)
图
21-5
开关
S
1
断开
,S
2
闭合
(7)
小聪使用两只电流表和一只定值电阻
R
(
阻值已知
),
利用如图乙所示电路也完成了测量
,
实验过程如下
:
闭合开关
S,
移动滑片
,
使电流表
A
1
的示数为
,
此时小灯泡正常发光
,
读出电流表
A
的示数为
I
,
小灯泡的额定功率
P
额
=
。
(
用已知量和测量量表示
)
图
21-5
突破二 探究影响电流热效应的因素
例
3
小华、小玲分别设计了两个装置
,
用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。
(1)
请用笔画线代替导线
,
把图
21-6
甲中两个容器中的电阻丝连接到电路中。
图
21-6
(1)
如图所示
例
3
小华、小玲分别设计了两个装置
,
用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。
(2)
实验中
,
电流产生热量的多少是通过
体现出来的
,
可知他们在实验探究过程中使用了
法。
(3)
小华按如图甲将两容器中的电阻丝串联起来接到电源两端
,
他探究的是导体产生的热量与
的关系
,
这样做的好处是
。连接好电路
,
闭合开关
,
通电一段时
间后
,
侧
U
形管液面高度
变化大
,
得出的结论是
_______
__________________________
______________________
。
U
形管中液面的高度差
转换
电阻
保证电流与通电时间相同
右
在电流
图
21-6
和通电时间相同的情况下
,
电阻越大
,
产生的热量越多
例
3
小华、小玲分别设计了两个装置
,
用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。
(4)
小玲设计的两容器中的电阻丝电阻一样大
,
并在其中一个容器的外部并联了一个电阻丝
,
如图乙所示
,
这是为了探究导体产生的热量与
的关系。通电一段时间后发现
侧
U
形管液面高度变化大
,
得出的结论是
_________
。
电流
左
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
图
21-6
例
3
小华、小玲分别设计了两个装置
,
用来探究导体产生的热量与什么因素有关。两个透明的容器中密封着等量的空气。
(5)
若要探究导体产生的热量与通电时间的关系
,
实验中还需要的测量器材是
。
(6)
通电一段时间后
,
发现其中一个
U
形管中液面的高度几乎不变
,
出现该现象的原因可能是
。
停表
U
形管气密性不好
图
21-6
·
实验拓展
·
小辉和小王也想探究电流通过电阻时产生的热量与电流的关系。小辉连接了如图
21-7
所示的电路进行实验
,
装置中三个完全相同的烧瓶
A
、
B
、
C
内都盛有质量和初温均相等的液体
,
其中
A
、
B
烧瓶中装的是水
,
C
烧瓶中装的是煤油
,
A
、
B
、
C
三个烧瓶中电阻丝的阻值分别为
R
A
、
R
B
、
R
C
,
且
R
A
>R
B
=R
C
。闭合开关
S
通电一定时间后
:(
均不计热损失
,
比热容
c
水
>c
煤油
)
(7)
在
A
、
B
两烧瓶中
,
相同的时间内
,
烧瓶中的电阻产生的热量多。
(8)
利用
两烧瓶可探究不同物质的吸热能力
,
这两个烧瓶加热相同的时间
,
烧瓶中温度计的示数高。
图
21-7
A
B
、
C
C
考点一 电功率实验
1
.
[2017·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-8
甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率
,
已知电源电压恒为
6 V,
小灯泡正常工作时的电压为
3
.
8 V,
电阻约为
12 Ω,
滑动变阻器的规格为
“20 Ω
2 A”
。
(1)
请用笔画线代替导线
,
完成实物电路的
连接。
图
21-8
[
答案
] (1)
如图所示
1
.
[2017·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-8
甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率
,
已知电源电压恒为
6 V,
小灯泡正常工作时的电压为
3
.
8 V,
电阻约为
12 Ω,
滑动变阻器的规格为
“20 Ω
2 A”
。
(2)
正确连接电路后
,
用开关试触
,
灯泡不亮
,
电压表瞬间满偏
,
电流表指针几乎不动
,
电
路的故障是
。
(
电路只有
一处故障
)
图
21-8
[
答案
] (2)
滑动变阻器断路
[
解析
] (2)
正确连接电路后
,
用开关试触
,
灯泡不亮
,
电流表指针几乎不动
,
说明电路中有断路
,
电压表瞬间满偏
,
说明电压表到电源间是通路
,
所以电路的故障是与电压表并联的滑动变阻器断路。
1
.
[2017·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-8
甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率
,
已知电源电压恒为
6 V,
小灯泡正常工作时的电压为
3
.
8 V,
电阻约为
12 Ω,
滑动变阻器的规格为
“20 Ω
2 A”
。
(3)
排除故障后
,
继续实验
,
闭合开关
,
移动滑
片
,
当电压表的指针在某电压值时
(
请在图
乙中标出相应的电压值
),
小灯泡正常发光
,
电流表的示数如图丙所示
,
小灯泡的额定
功率是
W
。
图
21-8
[
答案
] (3)
如图所示
1
.
14
[
解析
] (3)
电流表的量程为
0
~
0
.
6 A,
其分度值为
0
.
02 A,
所以灯泡正常发光时的电流为
0
.
3 A,
则灯泡的额定功率
P
额
=U
额
I
额
=
3
.
8 V×0
.
3 A
=
1
.
14 W
。
1
.
[2017·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-8
甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率
,
已知电源电压恒为
6 V,
小灯泡正常工作时的电压为
3
.
8 V,
电阻约为
12 Ω,
滑动变阻器的规格为
“20 Ω
2 A”
。
(4)
测量完灯泡的额定功率后
,
小明又测量
了几组数据
,
计算后发现灯丝电阻随其两
端电压的增大而增大
,
原因是
。
图
21-8
[
答案
] (4)
灯丝电阻随温度的升高而增大
[
解析
] (4)
随着电压的增大
,
通过灯丝的电流变大
,
相同时间内灯丝产生的热量变大
,
灯丝的温度升高
,
灯丝的电阻值变大
,
即灯丝电阻随温度升高而增大。
1
.
[2017·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-8
甲所给的实验器材测量小灯泡的额定功率
,
已知电源电压恒为
6 V,
小灯泡正常工作时的电压为
3
.
8 V,
电阻约为
12 Ω,
滑动变阻器的规格为
“20 Ω
2 A”
。
[
评估
]
(5)
小红也利用上述器材对该小灯泡的额定功率进行了测量
,
实验电路图如图丁所示
,
实验结束后
,
两人对实验进行了交流
与评估。
①小红的实验结果误差较大
,
理由是
___________________________________________________________
。
②小明的实验更不容易操作
,
理由是
。
图
21-8
电压表需选择
0
~
15 V
量程
,
量程过大
,
所以电压的测量不够精确
开始操作时不易确定滑片的位置
2
.
[2019·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-9
甲所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材
:
额定电压为
2
.
5 V
的小灯泡、电池组
(
两节干电池串联
,
电压为
3 V)
、一块电压表、滑动变阻器
(10 Ω
2 A)
、定值电阻
(
R
0
=
5 Ω)
、三个开关和若干导线。
(1)
用笔画线代替导线
,
将图乙中的实物电路按图甲所示的电路图连接完整。
图
21-9
(1)
如图所示
2
.
[2019·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-9
甲所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材
:
额定电压为
2
.
5 V
的小灯泡、电池组
(
两节干电池串联
,
电压为
3 V)
、一块电压表、滑动变阻器
(10 Ω
2 A)
、定值电阻
(
R
0
=
5 Ω)
、三个开关和若干导线。
(2)
闭合开关前
,
应将滑动变阻器滑片滑到最
(
选填
“
左
”
或
“
右
”)
端。
图
21-9
[
答案
] (2)
右
[
解析
] (2)
为了保护电路
,
闭合开关前
,
应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处
,
即滑到右端。
(3)
连接完电路后
,
小明只闭合开关
S
、
S
1
时
,
移动滑片
P
,
电压表示数发生改变
;
只闭合开关
S
、
S
2
时
,
移动滑片
P
,
小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测
,
把电压表并联在电路某元件两端
,
测试结果如下表所示。则电路中一定存在的故障是
。
(
填写选项字母
)
A
.
灯泡
L
处断路
B
.
灯泡
L
处短路
C
.
开关
S
2
处断路
测试元件
灯泡
L
开关
S
2
电压表
无示数
有示数
[
答案
] (3)C
[
解析
] (3)
若灯泡
L
处断路
,
将电压表与灯泡
L
并联
,
则电压表有示数且接近电源电压
,
故
A
不符合题意
;
若灯泡
L
处短路
,
将电压表与灯泡
L
并联
,
电压表无示数
,
将电压表与开关
S
2
并联
,
电压表仍然无示数
,
故
B
不符合题意
;
若开关
S
2
处断路
,
将电压表与开关
S
2
并联
,
则电压表有示数且接近电源电压
,
故
C
符合题意。
2
.
[2019·
河北
34
题
7
分
]
小明利用如图
21-9
甲所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材
:
额定电压为
2
.
5 V
的小灯泡、电池组
(
两节干电池串联
,
电压为
3 V)
、一块电压表、滑动变阻器
(10 Ω
2 A)
、定值电阻
(
R
0
=
5 Ω)
、三个开关和若干导线。
(4)
排除故障后
,
小明继续实验。
①只闭合
S
、
S
2
,
移动滑片
P
,
使电压表的示数为
V;
②只闭合
S
、
S
1
,
保持滑片
P
不动
,
读出电压表的示数为
2
.
25 V;
③小灯泡的额定功率为
W
。
图
21-9
[
答案
] (4)
①
2
.
5
③
0
.
75
图
21-9
[
答案
] (5)
>
[
拓展
](
6)
小红通过课外学习知道
,
干电池有一定的电阻
,
我们需要用它的
“
电压
U
”
和
“
电阻
r
”
两个物理量来描述它
(
如图
21-10
所示
)
。于是小红在小明完成步骤①后
,
将电压表并联在电池组两端
,
保持滑片
P
的位置不变
,
只闭合
S
、
S
2
时
,
读出电压表示数为
2
.
55 V,
则小明实验中所用电池组的电阻
r
是
Ω
。
图
21-10
[
答案
] (6)1
.
5
考点二 焦耳定律实验
3
.
[2018·
河北
34
题
7
分
]
用如图
21-11
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
(
选填
“
导体
”
或
“
绝缘体
”)
。
图
21-11
绝缘体
3
.
[2018·
河北
34
题
7
分
]
用如图
21-11
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。
(2)
请根据实物电路
,
在图乙所示的虚线框内画出对应的电路图。
图
21-11
(2)
如图所示
3
.
[2018·
河北
34
题
7
分
]
用如图
21-11
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。
(3)
为达到实验目的
,
选用的两电阻丝
R
1
与
R
2
的阻值应
,
通过
R
1
的电流
通过
R
2
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
____________________
________________________
______________________
。
图
21-11
相等
小于
在电阻和通电时间
相同的条件下
,
电流越大
,
说明导体产生的热量越多
(5)
小红用如图
21-12
甲所示的装置
,
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
,
图乙中能正确反映
h
-
I
关系的是
。
图
21-12
[
答案
] (5)A
[
解析
] (5)
根据焦耳定律
Q=I
2
Rt
可知
,
电阻产生的热量与电流的平方成正比。而烧瓶中玻璃管内液面上升的高度
h
越大
,
说明导体产生的热量越多
,
能正确反映
h-I
关系的是
A
选项图。
[
拓展
]
(6)
用
Q=I
2
Rt
可以计算电流通过任何用电器产生的热量
,
能用
Q=UIt
计算通过任何用电器产生的热量吗
?
_______
;
请用实例说明原因
:__________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
。
不能
因为用
Q=UIt
计算出
来的是电路产生的总功
,
而总功除了用电器产生的热量
,
另外一部分可能转化为其他能量
,
例如电风扇电路产生的总功一部分转化为电热
,
一部分转化为机械能