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灯泡的亮度与其实际功率有关,实际功率越大,灯泡越亮
灯泡的额定功率为0.48 W
灯泡的电阻可能与温度有关
可能读数有误差,造成结果不一致
$P=UI$
【分析】
(1)首先结合实验数据和亮度变化分析:第二次实验灯泡实际功率小于第一次,亮度更暗;第三次实际功率大于第一次,亮度更亮,由此可建立实际功率与亮度的联系;同时第一次实验电压为额定电压,此时的实际功率就是额定功率,可确定额定功率值。
(2)对于三次电阻不同的问题,先明确导体电阻本身与电压、电流无关,但灯丝是金属导体,其电阻受温度影响明显;另外实验中的读数误差也会导致计算出的电阻存在差异,从这两个角度梳理原因。
【解析】
(1)①对比三次实验的实际功率和亮度现象:第一次实际功率约0.48W,亮度中等;第二次实际功率0.3W,亮度更暗;第三次实际功率0.6W,亮度更亮。可得出结论:灯泡的实际功率越大,灯泡越亮。
②第一次实验中灯泡两端电压为额定电压2.2V,此时的实际功率等于额定功率,计算得$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.2V×0.22A≈0.48W$,因此得出:灯泡的额定功率为0.48W。
(2)①灯丝属于金属导体,金属导体的电阻随温度升高而增大。三次实验中,灯泡两端电压不同,实际功率不同,灯丝温度不同,电压越高,灯丝温度越高,电阻越大,所以三次计算的阻值不同。
②实验过程中,电压表、电流表的读数可能存在误差,会导致计算出的电阻值出现差异。
【答案】
(1) ① 灯泡的实际功率越大,灯泡越亮;② 灯泡的额定功率为0.48 W
(2) ① 灯丝的电阻随温度的升高而增大;② 实验读数存在误差,造成结果不一致
【知识点】
1. 实际功率与亮度的关系;2. 额定功率计算;3. 灯丝电阻与温度的关系
【点评】
本题依托测量灯泡电功率的实验,考查了实验数据的分析归纳能力,以及对电阻影响因素的理解。既需要从现象和数据中提炼结论,又要结合灯丝的特性解释实验中的异常情况,注重知识的综合应用与实验分析能力的考查。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 实验原理:测量电功率的核心是通过电压表测电压、电流表测电流,利用电功率的定义式$P=UI$计算,这是实验的基础思路。
2. 电路连接:需遵循串联电路的连接规则,滑动变阻器要“一上一下”接线,电压表并联在灯泡两端,电流表串联在电路中,同时要结合电源电压选择合适的电表量程(两节干电池对应电压表3V量程、电流表0.6A量程)。
3. 故障分析:灯泡不亮且电流表无示数,说明电路存在断路;电压表示数接近电源电压,说明电压表与电源两极连通,由此可锁定故障为灯泡所在支路断路。
4. 电压调整:当前灯泡电压小于额定电压,根据串联分压规律,要减小滑动变阻器的分压,需减小其接入电阻,因此滑片向电阻变小的方向移动。
5. 读数与计算:先确定电流表量程和分度值,读取电流后,利用$P=UI$计算额定功率。
6. 实验结论:灯泡的实际功率随电压变化,额定功率是特定电压下的唯一值,多次测量是为探究功率与电压的关系,而非求平均值。
【解析】
(1) 测量小灯泡电功率的实验,是通过电压表测量灯泡两端的电压$U$,电流表测量通过灯泡的电流$I$,再根据电功率公式$P=UI$计算功率,因此实验原理为$P=UI$。
(2) 电路连接操作:
滑动变阻器采用“一上一下”接线方式,将开关的右接线柱与滑动变阻器的上接线柱(如右上接线柱)相连;
电压表需并联在灯泡两端,将电压表的“3”接线柱与灯泡的右接线柱相连,确保导线无交叉。
(3) 故障逐一分析:
A选项:电流表内部断路时,整个电路断路,电压表无法与电源连通,无示数,不符合题意;
B选项:灯泡灯丝断了,电路断路,电流表无示数,电压表通过滑动变阻器、电流表与电源两极连通,示数接近电源电压,符合题意;
C选项:灯座短路时,电压表被短路无示数,电流表有示数,不符合题意;
D选项:滑动变阻器电阻丝断了,整个电路断路,电压表无示数,不符合题意;
因此选B。
(4) 电压表示数为2.1V,小于灯泡额定电压2.5V,要使灯泡电压达到额定值,需减小滑动变阻器的分压。根据串联分压规律,减小滑动变阻器接入电路的电阻,滑片向右端移动(滑片右移时,滑动变阻器接入的电阻丝长度变短,电阻变小)。
(5) 电流表选用0~0.6A量程,分度值为0.02A,指针指向0.3A刻度线,因此电流$I=0.3A$;
灯泡额定功率:$P=UI=2.5V×0.3A=0.75W$。
(6) 灯泡的电阻随温度变化,不同电压下灯泡的实际功率不同,额定功率是灯泡在额定电压下的特定功率,实验多次测量是为探究功率与电压的关系,不需要求平均值。
【答案】
(1) $\boldsymbol{P=UI}$
(2) 如图所示(将开关右接线柱与滑动变阻器上接线柱相连,电压表“3”接线柱与灯泡右接线柱相连,导线无交叉)
(3) $\boldsymbol{B}$
(4) $\boldsymbol{右}$
(5) $\boldsymbol{0.3}$;$\boldsymbol{0.75}$
(6) $\boldsymbol{不需要}$;$\boldsymbol{灯泡在不同电压下的实际功率不同,额定功率是特定电压下的功率,多次测量是为探究功率与电压的关系,而非求平均}$
【知识点】
1. 电功率测量原理($P=UI$)
2. 串联电路分压规律
3. 电路故障分析(断路/短路判断)
【点评】
本题是测量小灯泡电功率的经典综合题,覆盖了实验原理、电路连接、故障排查、仪器读数、功率计算、实验结论等核心考点,对电学实验的基础操作和规律应用能力要求较高,能全面考查学生对电学实验的掌握程度。
【难度系数】
0.65