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关于电功率的探究

http://www.newdu.com 2024/11/27 11:11:22 人民教育出版社 佚名 参加讨论


    关于电功率的探究
    江苏省丰县群益中学　李光宇
    探究一：灯泡的亮度与什么有关
    小明在家中做作业时发现调光台灯坏了，在爸爸的指导下他又更换了一个同种规格的新灯泡，灯又发光了且比原来的旧灯泡要亮。影响小灯泡亮度的可能因素有哪些呢？来到学校之后与同学们一讨论，大家七嘴八舌地说开了：
    猜想1：与灯泡的新旧程度有关。猜想依据：同规格的新灯泡比旧灯泡亮度大。
    猜想2：可能与小灯泡两端的电压有关。猜想依据:夏天傍晚灯泡的亮度不如深夜时亮度大。
    猜想3：可能与通过小灯泡的电流有关。猜想依据：通过旋转调光灯旋钮可以调节灯的亮度。
    制定计划与设计实验
    1.实验前分析
    根据已知知识分析猜想1，相同规格的灯泡在相同条件下新灯比旧灯亮，这是由于两方面的原因：丝在高温下升华而后又在冷的玻璃内壁上凝华使灯泡变黑，玻璃的透光性变差；灯丝由于升华而变细，电阻变大，“当用电器两端的电压保持不变时，所消耗的电功率与该用电器的阻值成反比”因而猜想1可以不进行实验探究。
    2.实验方案设计
    以小明为代表的同学提出：用几只规格不相同的灯泡进行实验，比较它们在相同电流不同电压或相同电压不同电流时的亮度即可。小灯泡的电功率可能与小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流等多个因素有关，因而在探究中需要运用“制变量法”；探究电功率与电压的关系时，应控制电流相同；在探究电功率与电流的关系时，应控制电压相同。
    以小丽为代表的同学提出：用一只灯泡，改变它两端的电压和通过的电流即可。实验时要注意不能让小灯泡两端的电压太高以防烧坏。
    交流后他们决定分为甲、乙两组按这两种方案进行实验。
    进行实验与收集证据：
    甲组同学：用九只不同规格的灯泡分别接入图1所示的电路，使它们都正常发光，并用电压表和电流表分别测出灯泡正常发光时的电压和电流，同时仔细观察灯的亮暗程度，根据亮暗程度将灯分为三组，每组的亮暗程度相同。
    
    实验现象与数据如下：
    第一组：（最亮）
    

    实验序号
    
    电压U/V
    
    电流I/A
    

    1
    
    6
    
    2.00
    

    2
    
    12
    
    1.00
    

    3
    
    24
    
    0.50
    

    第二组：（较亮）
    

    实验序号
    
    电压U/V
    
    电流I/A
    

    4
    
    6
    
    1.00
    

    5
    
    12
    
    0.50
    

    6
    
    24
    
    0.25
    

    第三组：（最暗）
    

    实验序号
    
    电压U/V
    
    电流I/A
    

    7
    
    6
    
    1.00
    

    8
    
    12
    
    0.50
    

    9
    
    24
    
    0.25
    

    乙组同学：测定额定电压为6V的小灯泡电功率。
    连接如图1所示的电路。将滑片P移至左端，闭合开关S，移动滑片使电压表的示数分别小于6V、等于6V、大于6V，读出对应的电流值。
    

    实验次数
    
    电压表示数/V
    
    电流表示数/A
    
    亮度
    
    功率/W
    

    1
    
    4.2
    
    0.40
    
    偏暗
    
    1.68
    

    2
    
    6.0
    
    0.50
    
    正常
    
    3.00
    

    3
    
    6.5
    
    0.52
    
    偏亮
    
    3.38
    

    分析与论证:
    甲组：分析比较序号1、4、8或2、5、9的数据及观察到的现象可知电压相同时，电流大的灯泡亮度大；分析比较序号2、4、7或3、5、8的数据及观察到的现象可知电流相同时，灯泡两端的电压越大，灯泡越亮。综合分析可知：灯泡两端的电压越高、通过灯泡的电流越大，灯泡的亮度越大。
    乙组：电压越高、电流越大灯泡亮度越大；电压与电流的乘积（电功率）越大，灯泡越亮。
    评估：
    （1）方案优劣：甲组实验采集数据较多，易于发现普遍规律，但比较不同的灯分别接入电路时的亮度，易于受到主观因素的影响。乙组实验简易方便，在同一电路中调节滑动变阻器的滑片直接判断灯的亮度，可信度较高。
    （2）深入探究：
    a．实验后，小丽将测灯泡功率实验与以前做过的测电阻实验进行比较，发现这两个实验有许多相似的地方，也有不同之处：①实验目的不同； ②原理不同（测功率用P=UI，测电阻用欧姆定律R=U/I）。③测实际功率不必多次测量求平均值，测电阻需多次测量求平均值以减少误差。
    b．根据测量灯泡实际功率的多组实验数据，作出了I-U图像，如图2所示。结果发现图像不是直线，这表明灯泡的电流与电压不成正比。这是由于灯丝的阻值随温度升高而变化(增大)。
    
    探究二：测电功率
    利用电压表与电流表(伏安法)测电功率是电学中的重要实验，它综合了电压表、电流表、滑动变阻器的量程选择、电路连接、读数方法、故障分析等各项电学实验方面的重要知识，对实验能力有较高的要求，除要牢固掌握电学基础知识和各有关规律，还要具备良好的科学探究能力。
    题目：要测量一只额定电压为2.5 V、允许通过的最大电流为0.32A的小灯泡的额定功率，现有如下器材：电流表(量程为0～0.6和0～3A)，电压表(量程为0～3 V和0～15 V)，铅蓄电池2个(每个电压为2V)，滑动变阻器(0～10Ω 2A)，开关1个，导线若干。
    
    1．根据现有器材，画出实验电路图。
    2．电压表量程应选_______________。
    3．根据设计电路图，用笔画线代替导线把图3的实验器材连成实验电路。
    4．闭合开关前，应把滑动变阻器的阻值调到___________Ω。
    5．闭合开关后，再调节滑动变阻器，测得三组实验数据如下表：
    

    实验次数
    
    电压表读数（V）
    
    电流表读数（A）
    

    1
    
    2.0
    
    0.20
    

    2
    
    2.5
    
    0.25
    

    3
    
    2.8
    
    0.28
    

    根据实验数据，小灯泡的额定功率是___________W。
    6．如正确连接电路后，闭合开关时，发现小灯泡不亮，电流表无示数，而电压表有示数，故障原因可能是_________________；
    7．如连好电路，闭合开关后，移动滑动变阻器滑片，而电表的示数均无变化，小灯泡较暗，其原因是_______________。
    解析：本题考查知识点比较全面，即有电路设计、实物连接、数据分析还有故障判断，是一道综合性较强的考题。解题思路：按照伏安法测电功率的方法和要求设计电路，并按电路图连接电路元件；根据小灯泡的额定电压值确定电压表的量程；根据电路的现象分析电路故障。
    1．测小灯泡电功率的设计电路图如图4所示。
    
    2．由于小灯泡的额定电压为2.5V，故并联在小灯泡两端的电压表量程应取0～3 V。
    3．连接电路图时要注意：与电路图保持一致；电流表与电压表的串并联方式、正负接线柱、量程；滑动变阻器接线柱一上一下。答案如图5所示。
    
    4．滑动变阻器在电路中的作用之一就是保护电路，因而滑动变阻器的阻值在开关闭合前应调到阻值最大，即调到10Ω。
    5．当小灯泡两端电压为额定电压2.5V时，小灯泡的电功率为额定功率。
    6．故障原因可能是小灯泡灯丝断了或与灯座接触不良而造成灯泡处开路。此时电压表测的是电源电压，故有示数；而电路中的电流很微弱，故电流表无示数。
    7．闭合开关后移动滑片，两电表的示数无变化，说明此时滑动变阻器没有起到改变电路电阻的作用；而小灯泡较暗，则可确定：故障原因是错误地把滑动变阻器电阻线圈的两个接线柱接入了电路。 (责任编辑：admin)
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