对点实验1 测量灯泡的功率
实验纵览
某物理实验小组在测定“小灯泡的电功率”，所用的器材有：额定电压为2.5 V、4.5 V的小灯泡各一个(电阻均约为10 Ω)，滑动变阻器R₁(50 Ω 0.5 A)、R₂(100 Ω 1 A)、R₃(800 Ω 1.5 A)各一个，电流表(0~0.6 A、0~3 A)，电压表(0~3 V、0~15 V)，学生电源(电压恒为6 V)，开关、导线若干.
【实验操作设问】
(1)小明选用额定电压为2.5 V的小灯泡进行测量，设计的实验电路如图甲所示，请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整.
(2)小亮选用额定电压为4.5 V的小灯泡进行测量，所用的器材与小明完全相同，若要在图甲所示电路的基础上进行改装，他应进行的操作是
(3)为了保证电路安全，连接电路时开关应处于
(4)小明连接完电路，闭合开关后，发现无论怎样移动滑片，小灯泡都不亮，电流表无示数，电压表示数明显，仔细检查发现导线连接无误，则出现该状况的原因可能是
A. 电流表内部断路了
B. 灯泡的灯丝断了
C. 灯座内部出现了短路
D. 滑动变阻器的电阻丝断了
(5)排除故障后，小明移动滑片到某一位置时，电压表的示数如图乙所示，为
【能力提升设问】
(6)图像处理 小明移动滑动变阻器的滑片，多次实验，记下对应的电压表和电流表的示数，绘制出如图丙所示的图像，根据图像信息，可得出小灯泡的额定功率是
(7)误差分析 由于电压表中也有微弱电流通过，导致小灯泡测得的功率与额定功率相比
(8)数据分析 小亮测量额定电压为4.5 V小灯泡的功率，实验中测出了5组数据，并记录在下表中，他的读数和记录都正确，但仔细分析他的数据发现，他在连接电路时出现了错误，他的错误是
(9)结论应用 小亮经过多次测量后，绘出了小灯泡的电流与电压关系的U-I图像，如图丁所示，则下列各图中能正确表示小灯泡的功率P与其两端电压的平方U²的关系的是
【拓展创新设问】
(10)安阻法 小华观摩了小明的实验后，准备用与小明同样的器材测量小灯泡的额定功率，但他发现电压表损坏了，经过思考，他想出了一种不用电压表的测量方法：增加两个开关，并找来一个阻值已知的定值电阻R₀，设计如图a所示的电路，请将下列步骤补充完整.
① 检查电路无误后，闭合开关S、S₁，断开S₂，调节滑动变阻器滑片直至电流表示数为I₁时，小灯泡正常发光；
②
③ 小灯泡的额定功率$P_{额}=$
(11)伏阻法 受到小华实验的启发，小明想到：不利用电流表能否测出小灯泡的额定功率呢？经过和小华讨论，在小华实验的基础上，小明找来一个完好的电压表，设计出了如图b所示的电路测量小灯泡的额定功率，实验步骤如下：
① 依据电路图连接好电路，只闭合开关S、S₁，调节滑动变阻器，使电压表的示数为2.5 V；
② 保持滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关S、S₂，断开开关S₁，读出电压表示数为U₁；
③ 小灯泡的额定功率$P_{额}=$
(12)等效替代法 经过小组交流后，小亮也想到了另一种测小灯泡额定功率的方法，他在自己原来实验的基础上，增加一个开关，一个电阻箱，设计了如图c所示的电路，实验步骤如下：
① 仅闭合S，调节滑动变阻器R₂滑片至某一位置，使电压表示数为4.5 V；
② 在保持
③ 该小灯泡的额定功率为
实验纵览
某物理实验小组在测定“小灯泡的电功率”，所用的器材有：额定电压为2.5 V、4.5 V的小灯泡各一个(电阻均约为10 Ω)，滑动变阻器R₁(50 Ω 0.5 A)、R₂(100 Ω 1 A)、R₃(800 Ω 1.5 A)各一个，电流表(0~0.6 A、0~3 A)，电压表(0~3 V、0~15 V)，学生电源(电压恒为6 V)，开关、导线若干.
【实验操作设问】
(1)小明选用额定电压为2.5 V的小灯泡进行测量，设计的实验电路如图甲所示，请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整.
(2)小亮选用额定电压为4.5 V的小灯泡进行测量，所用的器材与小明完全相同，若要在图甲所示电路的基础上进行改装，他应进行的操作是
将电压表的正接线柱改接“15”接线柱
.(3)为了保证电路安全，连接电路时开关应处于
断开
状态；闭合开关前，滑动变阻器滑片应位于A
(选填“A”或“B”)端.(4)小明连接完电路，闭合开关后，发现无论怎样移动滑片，小灯泡都不亮，电流表无示数，电压表示数明显，仔细检查发现导线连接无误，则出现该状况的原因可能是
B
.A. 电流表内部断路了
B. 灯泡的灯丝断了
C. 灯座内部出现了短路
D. 滑动变阻器的电阻丝断了
(5)排除故障后，小明移动滑片到某一位置时，电压表的示数如图乙所示，为
2.2
V；要想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑动变阻器的滑片向B
(选填“A”或“B”)端移动，使电压表的示数为2.5 V.【能力提升设问】
(6)图像处理 小明移动滑动变阻器的滑片，多次实验，记下对应的电压表和电流表的示数，绘制出如图丙所示的图像，根据图像信息，可得出小灯泡的额定功率是
0.5
W；实验中小明应选择的最佳滑动变阻器为R₂
(选填“R₁”“R₂”或“R₃”).(7)误差分析 由于电压表中也有微弱电流通过，导致小灯泡测得的功率与额定功率相比
偏大
(选填“偏大”或“偏小”).(8)数据分析 小亮测量额定电压为4.5 V小灯泡的功率，实验中测出了5组数据，并记录在下表中，他的读数和记录都正确，但仔细分析他的数据发现，他在连接电路时出现了错误，他的错误是
把电压表接到了滑动变阻器两端
；但同学们还是算出了灯泡的额定功率为1.62
W.(9)结论应用 小亮经过多次测量后，绘出了小灯泡的电流与电压关系的U-I图像，如图丁所示，则下列各图中能正确表示小灯泡的功率P与其两端电压的平方U²的关系的是
D
.【拓展创新设问】
(10)安阻法 小华观摩了小明的实验后，准备用与小明同样的器材测量小灯泡的额定功率，但他发现电压表损坏了，经过思考，他想出了一种不用电压表的测量方法：增加两个开关，并找来一个阻值已知的定值电阻R₀，设计如图a所示的电路，请将下列步骤补充完整.
① 检查电路无误后，闭合开关S、S₁，断开S₂，调节滑动变阻器滑片直至电流表示数为I₁时，小灯泡正常发光；
②
保持滑片不动，闭合开关S、S₂，断开S₁
，读出电流表的示数为I₂；③ 小灯泡的额定功率$P_{额}=$
I₁R₀(I₂−I₁)
(用R₀、I₁、I₂表示).(11)伏阻法 受到小华实验的启发，小明想到：不利用电流表能否测出小灯泡的额定功率呢？经过和小华讨论，在小华实验的基础上，小明找来一个完好的电压表，设计出了如图b所示的电路测量小灯泡的额定功率，实验步骤如下：
① 依据电路图连接好电路，只闭合开关S、S₁，调节滑动变阻器，使电压表的示数为2.5 V；
② 保持滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关S、S₂，断开开关S₁，读出电压表示数为U₁；
③ 小灯泡的额定功率$P_{额}=$
2.5V×$\frac{U_1 - 2.5V}{R_0}$
(用U₁和R₀表示).(12)等效替代法 经过小组交流后，小亮也想到了另一种测小灯泡额定功率的方法，他在自己原来实验的基础上，增加一个开关，一个电阻箱，设计了如图c所示的电路，实验步骤如下：
① 仅闭合S，调节滑动变阻器R₂滑片至某一位置，使电压表示数为4.5 V；
② 在保持
滑动变阻器滑片的位置不变
的情况下，仅闭合S₂，调节电阻箱R₁使电压表示数为4.5
V，此时R₁接入电路的阻值为12.5 Ω；③ 该小灯泡的额定功率为
1.62
W.答案：
对点实验1 测量灯泡的功率
(1)如图所示 (2)将电压表的正接线柱改接“15”接线柱 (3)断开 A (4)B (5)2.2 B (6)0.5 R₂ (7)偏大 (8)把电压表接到了滑动变阻器两端1.62 (9)D (10)②保持滑片不动，闭合开关S、S₂，断开S₁ ③I₁R₀(I₂−I₁) (11)2.5V×$\frac{U_1 - 2.5V}{R_0}$
(12)②滑动变阻器滑片的位置不变 4.5 ③1.62
解析:(6)由图丙可知，当小灯泡的电压为额定电压2.5V时，通过它的电流为0.2A，则小灯泡的额定功率为2.5V×0.2A = 0.5W；当小灯泡两端的电压为0.5V时，通过它的电流为0.1A，滑动变阻器两端的电压U滑 = U−UL = 6V−0.5V = 5.5V，此时变阻器接入电路的阻值R = $\frac{U_滑}{I}$ = $\frac{5.5V}{0.1A}$ = 55Ω，超出R₁的阻值范围，同时R₃的阻值范围过大，不好调节，故滑动变阻器的最佳选择是R₂。(8)由表格数据横向比较可知，电路中电流增大，说明变阻器接入电路的阻值减小，变阻器两端的电压减小，而电压表示数也减小，由此说明电压表接到了滑动变阻器两端；当电压表示数为1.5V时，灯泡两端的电压U额 = U−U滑 = 6V−1.5V = 4.5V，对照表格数据可得，灯泡的额定电流I额 = 0.36A，则灯泡的额定功率P额 = U额I额 = 4.5V×0.36A = 1.62W。(9)由U−I图像和R = $\frac{U}{I}$可知，灯泡电阻随温度的升高而增大，由P = $\frac{U^2}{R}$ = $\frac{1}{R}U^2$可知，P−U²图像中，$\frac{1}{R}$随温度升高而减小，则功率随电压平方的变化越来越缓慢，故D正确。
(11)闭合开关S、S₁，电压表测量小灯泡两端的电压，移动滑片P使电压表的示数为2.5V，小灯泡正常发光；保持滑片P位置不动，只断开开关S₁、闭合开关S₂，电压表测小灯泡和定值电阻两端的总电压，记下电压表的示数为U₁，由于电路连接方式不变，电路中电阻不变，电流不变，此时小灯泡两端的电压仍为2.5V，根据串联电路的电压规律，定值电阻两端的电压U₀ = U₁−2.5V，则小灯泡的额定电流I额 = I₀ = $\frac{U_0}{R_0}$ = $\frac{U_1 - 2.5V}{R_0}$，小灯泡的额定功率P额 = U额I额 = 2.5V×$\frac{U_1 - 2.5V}{R_0}$。(12)由题意可知，小亮用图c电路测量额定电压为4.5V的小灯泡的额定功率。①仅闭合S₁，调节滑动变阻器R₂的滑片至某一位置，使电压表示数为4.5V；②在保持滑动变阻器滑片位置不变的情况下，仅闭合S₂，调节电阻箱R₁，使电压表示数为4.5V，此时R₁接入电路的阻值为12.5Ω。在步骤①中，灯泡与滑动变阻器串联，电压表测小灯泡两端的电压，移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为4.5V时，小灯泡正常发光；在步骤②中，保持滑动变阻器滑片不动，通过开关的转换，使电阻箱R₁和滑动变阻器串联，电压表测电阻箱R₁两端的电压，调节电阻箱R₁，使电压表示数为4.5V，根据等效替代法可知，此时电阻箱R₁的阻值与小灯泡正常发光时的阻值相等，即RL = R₁ = 12.5Ω，则该小灯泡的额定功率P额 = $\frac{U_额^2}{R_L}$ = $\frac{(4.5V)^2}{12.5Ω}$ = 1.62W。
对点实验1 测量灯泡的功率
(1)如图所示 (2)将电压表的正接线柱改接“15”接线柱 (3)断开 A (4)B (5)2.2 B (6)0.5 R₂ (7)偏大 (8)把电压表接到了滑动变阻器两端1.62 (9)D (10)②保持滑片不动，闭合开关S、S₂，断开S₁ ③I₁R₀(I₂−I₁) (11)2.5V×$\frac{U_1 - 2.5V}{R_0}$
(12)②滑动变阻器滑片的位置不变 4.5 ③1.62
解析:(6)由图丙可知，当小灯泡的电压为额定电压2.5V时，通过它的电流为0.2A，则小灯泡的额定功率为2.5V×0.2A = 0.5W；当小灯泡两端的电压为0.5V时，通过它的电流为0.1A，滑动变阻器两端的电压U滑 = U−UL = 6V−0.5V = 5.5V，此时变阻器接入电路的阻值R = $\frac{U_滑}{I}$ = $\frac{5.5V}{0.1A}$ = 55Ω，超出R₁的阻值范围，同时R₃的阻值范围过大，不好调节，故滑动变阻器的最佳选择是R₂。(8)由表格数据横向比较可知，电路中电流增大，说明变阻器接入电路的阻值减小，变阻器两端的电压减小，而电压表示数也减小，由此说明电压表接到了滑动变阻器两端；当电压表示数为1.5V时，灯泡两端的电压U额 = U−U滑 = 6V−1.5V = 4.5V，对照表格数据可得，灯泡的额定电流I额 = 0.36A，则灯泡的额定功率P额 = U额I额 = 4.5V×0.36A = 1.62W。(9)由U−I图像和R = $\frac{U}{I}$可知，灯泡电阻随温度的升高而增大，由P = $\frac{U^2}{R}$ = $\frac{1}{R}U^2$可知，P−U²图像中，$\frac{1}{R}$随温度升高而减小，则功率随电压平方的变化越来越缓慢，故D正确。
(11)闭合开关S、S₁，电压表测量小灯泡两端的电压，移动滑片P使电压表的示数为2.5V，小灯泡正常发光；保持滑片P位置不动，只断开开关S₁、闭合开关S₂，电压表测小灯泡和定值电阻两端的总电压，记下电压表的示数为U₁，由于电路连接方式不变，电路中电阻不变，电流不变，此时小灯泡两端的电压仍为2.5V，根据串联电路的电压规律，定值电阻两端的电压U₀ = U₁−2.5V，则小灯泡的额定电流I额 = I₀ = $\frac{U_0}{R_0}$ = $\frac{U_1 - 2.5V}{R_0}$，小灯泡的额定功率P额 = U额I额 = 2.5V×$\frac{U_1 - 2.5V}{R_0}$。(12)由题意可知，小亮用图c电路测量额定电压为4.5V的小灯泡的额定功率。①仅闭合S₁，调节滑动变阻器R₂的滑片至某一位置，使电压表示数为4.5V；②在保持滑动变阻器滑片位置不变的情况下，仅闭合S₂，调节电阻箱R₁，使电压表示数为4.5V，此时R₁接入电路的阻值为12.5Ω。在步骤①中，灯泡与滑动变阻器串联，电压表测小灯泡两端的电压，移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为4.5V时，小灯泡正常发光；在步骤②中，保持滑动变阻器滑片不动，通过开关的转换，使电阻箱R₁和滑动变阻器串联，电压表测电阻箱R₁两端的电压，调节电阻箱R₁，使电压表示数为4.5V，根据等效替代法可知，此时电阻箱R₁的阻值与小灯泡正常发光时的阻值相等，即RL = R₁ = 12.5Ω，则该小灯泡的额定功率P额 = $\frac{U_额^2}{R_L}$ = $\frac{(4.5V)^2}{12.5Ω}$ = 1.62W。