素养全练22 测量小灯泡的电功率
基础夯实
1.(2018·安徽阜南二模)如图所示,在“探究电功率跟电压的关系”实验中,将小灯泡L1“2.5 V 0.3 A”和L2“3.8 V
0.3 A”串联,下列说法正确的是( )
A.L1和L2串联的主要目的是使两灯泡电流和通电时间都相同
B.如果电源电压可调,两灯泡可以同时正常发光
C.闭合开关后,“3.8 V 0.3 A”的小灯泡更亮,因为其额定功率大
D.通过此实验现象和数据能探究出电功率跟电压的定量关系
答案:B
解析:电功率与电压和电流有关,在探究电功率跟电压的关系时应控制电流相等,由串联电路的电流特点可知,L1和L2串联的主要目的是使两灯泡电流相等,故A错误;由题知,两灯的额定电流都是0.3A,两灯串联时,若电源电压可调,当电路中电流达到0.3A,达到它们的额定电流,则两灯都能正常发光,故B正确;灯泡的亮度是由其实际功率决定的,所以闭合开关后,“3.8V 0.3A”的小灯泡更亮,是因为它的实际功率大,故C错误;由图知,两电压表分别测两灯的电压,只能通过灯泡的亮度判断其电功率的大小,并不能测出电功率的确切值,也就无法得出电功率和电压间的定量关系,故D错误。
2.(2018·安徽来安模拟)为了测定小灯泡的额定功率,在具体实验操作中,手和眼的分工应该是( )
A.手移动变阻器的滑片,眼观电流表
B.手移动变阻器的滑片,眼观电压表
C.手移动变阻器的滑片,眼看小灯泡是否发光
D.手按开关,眼观电流表
答案:B
解析:由于滑动变阻器的作用是调节灯泡两端的电压,故在用手调节滑动变阻器的滑片时,眼应观察电压表的示数的变化,当电压表达到额定电压时,再去观察电流表的示数及灯泡的亮度。
3.(2018·上海普陀区模拟)研究电功率与电压、电流的关系时,某同学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( )
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A.该电路所示实验能研究电功率与电压的关系
B.该实验选择的两个小灯泡规格应该不同
C.小灯泡消耗的电功率可通过灯泡的亮度来比较
D.该实验能得出电流相同时,电功率与电压成正比
答案:D
解析:电功率与电压和电流有关,由图可知两灯泡串联,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;两灯泡串联,流过它们的电流相同,L1、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B正确;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;因为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D错误。
4.(2015·湖南岳阳中考)用两只电流表按图示实验电路探究“电功率与电流的关系”,下列说法不正确的是( )
A.小灯泡电功率的大小是通过灯泡的亮度来判断的
B.将小灯泡并联是为了控制灯泡两端电压相同
C.选用的两只小灯泡规格必须相同
D.将其中一只电流表移接到干路上也可以完成实验
答案:C
解析:灯泡的亮暗是由它的实际功率决定的,灯泡越亮,实际功率越大,所以小灯泡电功率的大小可以通过灯泡的亮度来判断,故A正确;由图可知,两灯泡的连接方式是并联。在并联电路中,各支路两端的电压都相等。故B正确;实验目的是研究电功率与电流的关系。所以在电路中的两个灯泡的规格即功率要有所不同,故C错误;在并联电路中干路电路与支路电流的关系是干路电流等于各支路电流之和。将其中一只电流表移接到干路上也可以求出两个支路的电流,可以完成实验,故D正确。
5.(2018·黑龙江哈尔滨道外区三模)小涵同学要利用图中的器材探究“电功率和电压的关系”。两个小灯泡L1的规格是“2.5 V 0.3 A”,L2的规格是“3.8 V 0.3 A”,电源为三节新的干电池。(实验中不能让小灯泡两端的电压超过其额定电压的1.2倍)
(1)将电路中缺少的导线补全,并说明实验中是如何判断两个小灯泡的功率大小的?
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(2)为了得到普遍规律,小涵同学又找来规格为“3 V 0.2 A”和“4.5 V 0.3 A”的两只灯泡,准备再进行一次对比实验,但这次实验并没有成功,请你帮她分析实验没有成功的原因。(忽略温度对灯丝电阻的影响)
(3)经过改进,实验结束后,小涵同学还要继续探究“电功率与电流的关系”,她应该对电路进行哪些调整?
答案:(1)见解析图 通过观察灯泡的亮度判断其电功率大小
(2)两灯电阻相同,串联入电路中时电流相等,电压也相等,所以无法完成实验;
(3)将两灯由串联改为并联,将电压表换成电流表分别测两灯的电流,并且将电源由三节干电池减少为两节。
解析:(1)电功率与电压和电流有关,所以探究电功率和电压的关系时应控制通过两灯电流相等,所以两灯应串联在电路中,电压表分别测两灯的电压,电压表V1应与灯泡L1并联,实物图如图所示。
因为灯泡越亮电功率越大,所以可以通过观察灯泡的亮度判断其电功率大小。
(2)由欧姆定律可得灯泡“3V 0.2A”的电阻R=U额1I额1=3V0.2A=15Ω,灯泡“4.5V 0.3A”的电阻R'=U额2I额2=4.5V0.3A=15Ω,两灯电阻相同,串联接入电路不仅电流相等,两端的电压也是相等的,所以无法研究电功率与电压的关系。
(3)探究电功率与电流的关系时,应控制电压相等,所以两灯应并联,由于L1的额定电压为2.5V,且要求不能让小灯泡两端的电压超过其额定电压的1.2倍,所以应将电源由三节干电池减少为两节;测通过灯泡电流,通过比较灯泡亮度来比较电功率与电流的关系。〚导学号97404051〛
6.(2018·安徽淮北模拟)盛夏,小田家里的电灯经常忽明忽暗。小田从学校借来额定电压为2.5 V的小灯泡等实验器材,想通过实验来研究产生这种现象的原因。
(1)如图甲是小田同学已连接的部分电路,请你用笔画线代替导线将电路连接完整,使滑片P向右移动时滑动变阻器接入电路的电阻变大。
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(2)小田将滑动变阻器的滑片向左边滑动,小灯泡慢慢变亮,电压表示数逐渐变大;接着又向右移动滑片,小灯泡又逐渐变暗,电压表示数也逐渐变小。小田分析:“电灯忽明忽暗是电灯两端的 不稳定造成的”。
(3)小田在将小灯泡两端的电压调至2.5 V时。电流表的示数如图乙所示,由此可以知道小灯泡的额定功率是 。
(4)小田结合学过的电学知识进一步分析:家里的电灯有时虽然暗些,但是电灯的实际功率变小了,消耗的电能也少了。由此他想到此时家里使用电热水壶烧水倒是可以省电了。他的想法对吗?请简要说明理由。 。
答案:(1)见解析图 (2)电压 (4)0.75 W
(4)不对,因为烧开一壶水,水吸收的热量是一定的,即消耗的电能一定,根据W=Pt可知,若实际功率变小,则通电时间变长,并不能省电
解析:(1)滑片P向右移动时滑动变阻器接入电路的电阻变大,故滑片以左电阻丝连入电路中与灯串联,灯的额定电压为2.5V,电压表选用小量程与灯并联,如图所示。
(2)闭合开关后,将滑动变阻器的滑片向左滑动,连入的电阻变小,使电路中的电流变大;由U=IR可知,则加在灯两端的电压变大,即电压表示数逐渐变大,小灯泡亮度逐渐变亮;再向右移动滑片时,连入的电阻变大,使电路中的电流变小,由U=IR可知,加在灯两端的电压变小,电压表示数逐渐变小,小灯泡又逐渐变暗;显然灯泡两端电压忽大忽小引起了小灯泡的忽明忽暗现象,故电灯忽明忽暗可能是由于灯泡两端的电压不稳定造成的。
(3)电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,由指针位置可知,灯泡的电流为0.3A;灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.3A=0.75W。
(4)小田的想法不对。使用电热壶烧开一壶水消耗的电能(或水吸收的热量)是一定的,根据W=Pt可知,当电热水壶的实际功率变小时,需要的加热时间变大,所以并不能省电。
能力提升
7.(2018·山西太原)在“探究小灯泡的亮度与电功率的关系”的实验中,实验小组选取了一个标有“2.5 V”的小灯泡和必要的实验器材,连接的实物电路如图甲所示。
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(1)如图甲所示是小明同学连接的部分电路,请你用笔画线代替导线,将图中的实物电路连接完整,要求滑动变阻器的滑片向右移动时,小灯泡变暗。
(2)电路连接正确后,闭合开关,小明发现电压表有明显示数,电流表指针几乎不动,小灯泡不发光,产生这一现象的原因可能是 。
(3)排除故障后,继续实验,调节滑片并把多次测量的电流和电压绘制成I-U图象,如图乙所示,根据图象可知,小灯泡正常发光时的电流为 A,额定功率为 W。
(4)请你为实验需要测量和计算的物理量及记录的现象,画出一个记录实验数据的表格。〚导学号97404052〛
答案:(1)见解析图 (2)小灯泡断路 (3)0.5 1.25 (4)如解析中表所示
解析:(1)根据要求滑动变阻器的滑片向右移动时,小灯泡变暗,即电流变小,电阻变大,故下面左端接线柱接入电路中,灯的额定电压为2.5V,故电压表选用小量程与灯并联,如图所示。
(2)电路连接正确后,闭合开关,小明发现电压表有明显示数,电流表指针几乎不动,小灯泡不发光,产生这一现象的原因可能是小灯泡断路。
(3)根据图乙电流和电压绘制成的I-U图象,小灯泡正常发光时的电流为0.5A,灯的额定功率为:P=UI=2.5V×0.5A=1.25W。
(4)表格内容包含灯泡的电压、通过的电流、电功率及灯的亮度(要分别记录灯在高于、等于、低于额定电压下发光情况),实验数据的表格如下所示。
实验次数
灯泡两端的电压U/V
通过灯泡的电流I/A
灯泡的电功率P/W
灯泡的亮度
1
2
3
8.(2018·安徽凤阳二模)两组同学想研究“灯泡亮度改变时电功率的变化情况”,提供的器材有:两个实验室用小灯泡,甲组的灯泡上标有“1.5 V”,乙组灯泡字迹模糊,两种规格的滑动变阻器(“15 Ω
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1 A”、“25 Ω 1 A”),电源(电压相等且保持不变)、电流表和电压表、开关、导线若干。两组同学连接好电路后,调节滑片过程中电表示数和灯的亮度都发生变化,当滑动变阻器滑片位置都恰好在中点时,电压表示数均为1.5 V,电流表示数也相同(如图a所示),此时甲组的灯泡比乙组的暗。
(1)电流表读数为 A;
(2)请在图b中将乙组同学设计的电路图补充完整;
(3)电源电压为 V;
(4)乙组同学所测灯泡的电功率为 W。
答案:(1)0.2 (2)见解析图 (3)4 (4)0.5
解析:(1)根据图a可知,电流表的量程为0~0.6A,分度值为0.02A,示数为0.2A;
(2)根据题意“电流表示数也相同,此时甲组的灯泡比乙组的暗”可知,乙组灯泡的实际功率较大,乙组灯泡的实际电压较大,根据串联分压的知识可知,乙组滑动变阻器分得电压较小,则乙组的滑动变阻器接入电路的阻值较小,且滑片均在中点,说明乙组同学所选用的滑动变阻器最大阻值较小,其最大阻值为15Ω;所以乙组同学所选用的滑动变阻器规格为0~15Ω,甲组所选用的滑动变阻器规格为0~25Ω。
当滑片在中点时,甲组滑动变阻器两端电压为:U1=I×12R1=0.2A×12×25Ω=2.5V;乙组滑动变阻器两端电压为:U2=I×12R2=0.2A×12×15Ω=1.5V。
由于电压表示数均为1.5V,故甲组同学是把电压表并联在小灯泡的两端,乙组同学是把电压表并联在滑动变阻器的两端。乙组同学设计的电路图如图所示。
(3)因为串联电路两端电压等于各部分电压之和,并且电源电压不变,根据甲组同学的数据可知,因此电源电压:U=UL+U1=1.5V+2.5V=4V;
(4)此时乙组同学所测灯泡的电压:UL'=U-U2=4V-1.5V=2.5V,乙组同学所测灯泡的电功率:P=UL'I=2.5V×0.2A=0.5W。
9.(2017·安徽亳州二模)小聪设计了如图甲所示的电路,利用滑动变阻器调节小灯泡的电流和电压,观察小灯泡的发光情况。电源电压恒为6 V,R是滑动变阻器。
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甲
乙
丙
(1)闭合开关后,移动滑片P,发现两电表示数始终如图乙所示,原因是将滑动变阻器的 (填字母)两个接线柱接入了电路。
(2)改正错误后,小聪继续实验,将有关实验数据标记在图丙上,分析图丙可知,他所选择的滑动变阻器的规格是 (选填字母)。
A.20 Ω 0.5 A B.20 Ω 2 A
C.50 Ω 0.5 A D.25 Ω 2 A
(3)图丙中,阴影部分的面积大小表示 。
(4)实验操作时,因小灯泡L不慎损坏而出现断路,无论怎样移动滑片P,电压表指针 (选填“几乎不动”或“明显偏转”)。
答案:(1)CD (2)D (3)小灯泡的实际功率是0.8 W (4)几乎不动
解析:(1)移动滑片,电流表示数不变,说明滑动变阻器接入电路的阻值为零或为定值电阻;根据图乙可知,电压表的量程0~15V,分度值为0.5V,示数为6V,等于电源电压,因此滑动变阻器接入电路的阻值为零,即滑动变阻器的接线柱CD接入了电路。
(2)根据图丙可知,电路中的最小电流为0.2A,定值电阻两端电压为1V。
由串联电路电压规律和欧姆定律可知,滑动变阻器接入电路的最大阻值:R=U滑I最小=6V-1V0.2A=25Ω;电流大于1A,故选D。
(3)根据图丙可知,阴影部分面积等于电流与电压的乘积,因此阴影部分的面积大小表示R1的电功率为P=UI=2V×0.4A=0.8W。
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(4)实验操作时,因小灯泡L不慎损坏而出现断路,则电压表串联在电路中,因其内阻比其他电路元件大的多,根据分压原理,其示数接近电源电压,移动滑片改变变阻器连入电路中的电阻时,电压表示数仍接近电源电压,指针几乎不动。
8
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