电功率实验和计算.docx
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电功率实验和计算
一、实验,探究题
1、两个小组在实验室分别做两个电学实
验,可选器材有:
干电池两节,开关、滑动变阻器(标有“”字样)、电流表(,两个量程)、电压表(,两个量程)各一个,导线若干。
小组一用图8甲所示的实验电路,测量一个标有“2.5V”字样的小灯泡的额定功率。
(1)闭合开关后,发现电流表和电压表的示数都较小,小灯泡不发光,其原因可能是( )
A.灯泡短路 B.灯泡断C.滑动变阻器路 D.滑动变阻器接入电路的阻值较大
(2)调节滑片的位置,当电压表示数为时,电流表示数如图8乙所示,则该灯泡的额定功率是 W。
小组二连接了与小组一相似的电路,但用一个的电阻替换了灯泡,实验目的是用伏安法测该电阻的阻值。
(3
)请在图9中用笔画线将电路连接完整。
(4)小组二在完成实验后
,组员小宇想尝试测量从家里带来的一只电阻的阻值(约).他们使用现有器材,仍用伏安法进行测量,发现电流表示数太小,无法准确读出电流大小,没能测出。
他们经过讨论后,向老师借了一只最大阻值为的滑动变阻器(标有“”字样),用以下方案测出了。
①按图10连接电路,闭合开关,移动滑片至端,记下电压表示数;
②移动滑片至端,记下电压表示数;
③计算出:
(用字母、、表示).
2、维修电器需要一个4Ω的电阻,而维修工手边共有四只电阻,它们的代号和阻值分别是R1=1Ω、R2=3Ω、R3=6Ω、R4=12Ω.
(1)请你设计一种方案,只选用其中的两只电阻,通过电阻串联或并联的方式,得到“一个”阻值为4Ω的“等效”电阻.(要求在右侧的虚线框中画出电阻的连接图并标示出电阻的代号,无须做任何说明)
(2)若将得到的阻值为4Ω的“等效”电阻接到电压为6V的电源两端,请求出你选用的两只电阻中阻值较小的那只电阻消耗的电功率.
3、某工厂装配车间有一个纯电阻元件,其上标有“1*V,6W”字样,其中额定电压值不清,估计在10V~19V之间,若要正确使用这个元件,需找出它的额定电压值。
现在实验室中有以下实验器材:
一个蓄电池(电压约6V),一只电流表④(量程:
0~0.6A,0~3A),两个开关,导线若干。
另外,还有可供选择的定值电阻R0,分别为:
A.1Ω B.30Ω C.500Ω D.1kΩ
请你利用上述器材,通过实验测量,找出此元件的额定电压值。
(1)根据学过的电功率公式,只要测量出元件的某一物理量____________,即可计算出它的额定电压值。
(2)为较准确地测量,电流表的量程应选:
____________,选用的定阻电阻R0(要求从四个电阻中任选一个)为____________。
(3)画出实验电路图。
(4)按照你设计的电路图,补全下列实验步骤,并写出实验中要测量的物理量(用字母表示)。
a.连接电路。
b._______________________。
c.________________________。
d.断开电路,整理器材。
e.用测得的物理量和已知物理量表示计算元件额定电压的公式为U额=____________。
4、小明家有一电热毯,铭牌上标有“220V,**W”的字样,其中额定功率值不清,40W~60W之间。
现在实验室有下列实验器材:
一个蓄电池(电压为6V),一个开关,导线若干。
另外,还有可供选择的以下器材:
A.电流表A(量程:
0~0.6A,0~3A)。
B.电压表V1(量程:
0~3V,0~15V)。
C.电压表V2(量程:
0~3V,0~15V)。
D.定值电阻R1(阻值:
20Ω)。
E.定值电阻R2(阻值:
500Ω)。
F.滑动变阻器(阻值:
0~10Ω)。
G.滑动变阻器(阻值:
0~1kΩ)。
请你帮助小明测量出电热毯的额定功率值。
(1)根据你学过的物理知识,只要测量出电热毯的一个物理量 ,即可计算出它的额定功率值。
(2)为进行较准确的测量,选择的实验器材是 (填写器材前面字母序号)。
(3)在右边空白处画出实验电路图。
(4)根据实验电路,写出测量这个物理量的公式。
(5)设计出实验纪录表格。
5、小华的物理老师在上课之前,测定了额定电压为2.5V小灯泡的I与U的关系的数据如下表所示:
实验次数
1
2
3
4
5
6
U/V
0.20
0.80
1.40
2.00
2.50
2.90
I/A
0.02
0.08
0.14
0.18
0.20
0.21
(1)从数据可知,该小灯泡的额定电流为______A,正常发光时的电阻为______Ω,额定功
率为______W。
(2)小华想亲自做一次,看能否测得同样的数据。
于是她设计了如题24(a)图所示的电路,准备对该小灯泡进行再次测量,小华找来了实验器材并连接了部分实物电路,其中电源用的是2节干电池,滑动变阻器的铭牌标有“50
Ω1A”。
①请你用笔画线代替导线,按照题24(a)图所
示电路,帮小华将题24(b)图中缺少的两根导线补充连接完整。
②闭合开关前,滑动变阻器的滑片应移到______端(选填“A”或“B”);闭合开关后,发现灯泡不亮,电流表无示数,但电压表有示数,则电路可能出现的故障是______。
③小华能通过这个实验得到上述表格中的每一组实验数据吗?
______(填“能”或“不能”),理由是______。
6、学习完电热和电功率的知识后,小明和小红将相关知识归纳总结在下表中,你认为正确的有___________.(只填序号)
7、小明按如图所示的电路进行实验,已知电源电压不变,闭合开关,改变a、b之间的电阻箱R的阻值,得到一组电压表的示数Ua-R的图象如图乙所示.
(1)随着电阻箱接入电路中的阻值增大,定值电阻Ra两端的电压 (选填“增大”、“减小”或“不变”).
(2)将a、b间的电阻箱换成未知电阻Rx,读得电压表示数为4.5V,则Rx= Ω,此时电路中电流为 A.
(3)取下Rx,分别将电阻Rx和Bx接入a、b之间,读得对应的电压表示数为1V和3V,在这两种情况下,Ra上消耗的电功率变化了多少?
8、一个额定电压是3.8V的小灯泡,正常工作时的电阻约为10Ω,小强想测量它的额定功率.实验室有如下器材:
干电池3节、电流表、电压表、开关各1个、规格分别为“20Ω 2A”的滑动变阻器1个,导线若干.
(1)请用铅笔画线代替导线,按照如图23甲所示的电路图,将图23乙的实物电路连接完整.要求:
当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表示数增大,导线不允许交叉.在连接电路时,开关应 ,闭合开关前,应先将滑动变阻器的滑片移到 端(选填“A”或“B”).
(2)闭合开关后,发现小灯泡不亮,电流表指针偏转,电压表指针几乎不动,产生故障的原因可能是( )
A.灯泡灯丝断了 B.电流表接线短路 C.电源线接触不良 D.灯座接线短路
(3)小强排除故障后,继续实验.当电压表的示数为3V时,电流表的示数如图23丙所示为 A,小灯泡的实际功率是 W.
(4)为测出小灯泡的额定功率,接下来小强应将滑片继续向 (选填“A”或“B”)移动,但是当他将滑片移到滑动变阻器的电阻丝最边缘时,发现都不能使电压表的示数为3.8V,你认为出现这种情况的原因是 .
9、小明利用标有“6V6W”的灯泡L1和标有额定电压为6V的L2进行实验:
(1)分别对通过L1和L2中的电流和两端电压进行测量,绘制了电流随两端电压变化曲线图甲所示,A、B分别对应L1和L2,则L2的额定功率为 ▲ W。
(2)现将两灯连入图乙所示电路。
实验过程中,小明不慎把电路中的L2的玻璃泡打碎了(碰巧灯丝没有断),此时他惊奇的发现:
这个小灯泡几乎不发光,可另一个灯L1反而更亮了。
①你认为L2变暗的原因是:
___________▲____________________。
②此时电路消耗的总功率与原来相比将_▲__。
(选填“变大”、“变小”或“不变”)
(3)小明用一只新的同样规格的L2将打碎玻璃泡的灯更换后,要使其中一只灯泡正常发光,此时电源电压为 ▲ V。
10、小明和同学在打扫实验室时,发现实验桌上有一个灯泡,灯泡上标明额定电压为4V,额定功率看不清楚.小明很想知道它的额定功率,刚好桌上还有电阻箱、电流表、开关、12V的稳压电源各一个,小明用它们连成了如图所示的电路,其中R为电阻箱,小明测出了电流表示数随电阻箱阻值变化的几组值,并将其记录在如下的表格中.
电流/A
O.90
0.80
0.50
O.36
0.28
0.22
电阻/Q
8
10
20
30
40
50
(2)根据表中数据,请求出小灯泡的额定功率.
(3)小明的同学发现小明记录的数据中有一个电流值有错误,这个错误数据是 A.
(4)小明的同学认为利用图示器材还能进行下列实验,其中无法完成的是 .
A.测量小灯泡正常工作时的电阻 B.探究小灯泡的亮度与灯泡功率的关系
C.探究导体中的电流与电压的关系 D.探究串联电路中电流的特点.
11、某兴趣小组的同学在进行电学实验时发现了一个有趣的元件,它有a、b两部分,a是一个定值电阻,b是一种特殊金属导体,封闭在一个透明的玻璃壳内,A、B、C是三个外露的接线柱。
如图所示。
(1)请用笔画线代替导线将图甲中的电路连线成研究通过a的电流跟a两端电压关系的电路。
(2)闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于最 端。
(选填“左”或“右”)
(3)根据实验测得的数据。
描绘出a的U—I关系图像如图乙所示,则电阻Rx= Ω。
(4)为了解b的特征(已知b的额定电压为4.5V),他们使用类似研究a的方法进行实验,测得数据后描绘出b的U—I关系图像丙所示。
由图可知b的电阻电压的增大而 ,其额定功率约为 W。
12、小灯泡L上标有“2.5V”字样,它的电阻随它两端电压变化的图像如图20甲所示。
将小灯泡L和电阻R0接入图20乙所示的电路中,电源电压为6V,且保持不变。
当开关S闭合时,小灯泡L恰好能正常发光,此时小灯泡L的电阻为 Ω,功率为 W。
电阻R0的阻值为 Ω。
13、现有两个热敏电阻R1、R2和一个定值电阻R0,R1的阻值会因通过的电流增大导致温度升高时而增大,R2的阻值会因通过的电流增大导致随温度升高时而减小,R0的阻值不变,它们的电流随电压的变化曲线如图甲所示。
(1)据图甲可知,R0的阻值是 Ω。
(2)实验过程中,小明将R2和R0两个电阻连接成如图乙所示电路时电流表的示数为0.4A,由此可知,此时R2的电阻为 Ω,电源电压为 V。
实验过程中,改变电源电压,当电压表的示数为11V时,电阻R2的电功率是 W。
14、在“探究影响电流做功多少的因素”活动中,同学们设计了如图甲、乙、丙三个电路.
⑴经过讨论,认为不应该选择图甲电路,原因是 .
⑵为研究电流做功与电压的关系,应该选择图 所示的电路.
⑶利用图丙电路研究某问题,当闭合开关后,发现两灯都不亮,电压表V1有示数,电压表V2无示数,则电路发生的故障是 .
⑷学习电功率知识后,小明想测灯泡的额定功率,将标有“12V 6W”灯泡L1和“6V 4W”灯泡L2按图丙电路连接,再接入电流表.经分析,能测出灯泡 的额定功率.
15、在测定小灯泡的电阻和额定功率的实验中,有器材:
电阻约为10Ω的小灯泡一只,量程为3V的电压表一个,开关一个,滑动变阻器一个,电源电压3V,导线若干。
另可供选择的电流表有:
A.量程为100mA的电流表;B.量程为0.6A的电流表;C.量程为3A的电流表。
(1)在测定小灯泡的额定功率实验前应先记录小灯泡的 (选填“额定电压”、“电阻”或“额定功率”)。
(2)为保证测量比较准确,电流表应选 。
(3)实验的电路图如图18所示,图中甲是 。
连接电路时,开关应 。
(4)根据电路图连接好实物后,闭合开关,发现灯泡不亮,电流表无示数,而电压表示数接近3V,取下灯泡,两表的示数仍不变,出现故障的原因可能是 。
(5)故障排除后,开始进行实验,根据测出的数据,画出了电流、电压的关系图象(如图19),由此可判断小灯泡灯丝的电阻随电压的增大而 ,原因是 。
16、在用电压表、电流表测量小灯泡电功率的实验中,灯泡上标有“2.5V”的字样。
(1)小红根据电路图连接了如图所示的实验电路,小刚检查后发现有一根导线连接有错误。
请你在这根导线上打“×”,并用笔画线代替导线,画出正确的连线。
(2)电路改正后,小红闭合开关,发现灯泡不亮,电流表无示数,而电压表示数接近3V,取下灯泡,两表的示数仍不变。
出现故障的原因可能是 。
(3)故障排除后,开始进行实验,小刚根据测出的数据,在图中画出了小灯泡电流电压变化的关系图像。
由图可以判断,小灯泡的额定功率为 W。
(4)根据下图还可以判断,小灯泡灯丝的电阻随电压的增大逐渐 ,原因是 。
二、计算题
17、研究表明,有些金属电阻的阻值会随温度的变化而变化,物理学中利用这类金属的特性可以制成金属电阻温度计,它可以用来测量很高的温度,其原理如图所示.图中电流表量程为0~15mA(不计其电阻),电源的电压恒为3V,R′为滑动变阻器,金属电阻作为温度计的测温探头,在t≥0℃时其阻值Rt随温度t的变化关系为Rt=100+0.5t(单位为Ω).
(1)若要把Rt放入温度为0℃处进行测量,使电流表恰好达到满量程,既电流为15mA,则这时滑动变阻器R′接入电路的阻值为多大?
(2)保持
(1)中滑动变阻器R′接入电路的阻值不变,当被测温度为600℃时,电路消耗的电功率为多大?
(3)若把电流表的电流刻度盘换为对应的温度刻度盘,则温度刻度的特点是什么?
18、如图所示的电路中,R1=8Ω,当S1、S2均闭合时,电流表的示数为3A;当S1、S2均断开时,电流表的示数为0.5A;当S1断开、S2闭合时,电流表的示数为1A。
求:
(1)当S1、S2均闭合时,5min内R3消耗的电能。
(2)当S1、S2均断开时,R2每分钟放出的热量。
19、如图所示,电源电压U=12V,R1为定值电阻,阻值为100Ω,R为滑动变阻器,R的最大阻值为50Ω,电流表量程为“0~0.6A”,电压表量程为“0~15V”,小灯泡上标有“6V3W”字样,小灯泡的U—I关系如右图所示,求:
(1)灯泡正常工作时通过灯丝的电流是多少?
(2)S闭合,S1、S2都断开时调节滑动变阻器,当小灯泡两端的电压为4V时,滑动变阻器接入电路中的阻值为多大?
(3)S、S1、S2都闭合时,移动滑片P,当滑动变阻器接入电路的阻值为多少时,整个电路消耗的总功率最大?
最大总功率是多少?
20、 如图所示的电路中,R1=8Ω,当S1、S2均闭合时,电流表的示数为3A;当S1、S2均断开时,电流表的示数为0.5A;当S1断开、S2闭合时,电流表的示数为1A。
求:
(1)当S1、S2均闭合时,5min内R3消耗的电能。
(2)当S1、S2均断开时,R2每分钟放出的热量。
21、热敏电阻广泛应用于控制电路中,其阻值会随环境温度的改变而改变.图甲中,电源电压U=6V,A是小量程电流
表,其允许通过的最大电流为0.02A,滑动变阻器R的铭牌上标有“200Ω,0.3A”字样,Rt热敏电阻,其阻值随环境温度变化关系如图乙所示.闭合开关S,求:
(1)环境温度为10℃、电路中电流为0.0lA时,求Rt两端的电压;
(2)图甲电路可以正常工作的最高环境温度.
22、如图1所示是测量高于湖水警戒水位装置的原理图.长方形绝缘容器A内部左右两面插有竖直薄金属板并与电路连接,底部有一小孔与湖水相通,且容器底面与警戒水位相平.已知电源电压恒为6V,小灯泡标有“2V2W”字样(不考虑温度对灯丝电阻的影响).两金属板间的湖水电阻R与
的关系如图2所示(h为容器A内水柱高度).求:
(1)小灯泡灯丝电阻是多少欧?
(2)当湖水水位高于警戒水位多少米时,灯泡正常工作?
23、小明用如图(甲)所示的电路测额定电压为6V的灯泡的功率,保护电阻R0=2Ω.闭合开关S,滑动变阻器的滑动触片从最右端向最左端移动过程中,通过灯泡的电流I与其两端电压U的关系如图(乙)所示.求:
(1)灯泡的额定功率;
(2)电源的电压;
(3)滑动变阻器的最大电阻值.
参考答案
一、实验,探究题
1、
(1)D
(2)0.7 (3)如图1所示 (4)
解析
:
(1)电流表和电压表都有示数,说明电路中有电流,不可能出现断路情况,B、C选项错误;若灯泡短路,电压表没有示数,A选项错误;电流表和电压表示数小,说明电路中的电阻过大,D选项正确。
(2)从题图中可以看出,电流表的示数为,则该灯泡的额定功率。
(3)连接
实物时要注意,电流表串联在电路中,电流从正接线柱流入,从负接线柱流出,滑动变阻器采用“一上一下”的方式接入电路中
。
(4)由实验过程知,当滑片滑至端时,电压表示数即为电源电压,当滑片滑至端时,两
端的电压为,则滑动变阻器两端的电压为,通过滑动变阻器的电流即电路中的电流,故的阻值。
2、考点:
电功率的计算;欧姆定律的应用;电阻的串联;电阻的并联.
专题:
计算题;应用题;作图题.
分析:
(1)从题目所给数据计算可得,R1、R2串联或R3、R4并联可得到等效电阻.
(2)若采用图1的连接方式,则阻值较小的电阻是R1,根据欧姆定律求出电路的电流,再利用公式P=I2R求出阻值较小的那只电阻消耗的电功率.
若采用图2的连接方式,则阻值较小的电阻是R3,根据公式P=
可求两只电阻中阻值较小的那只电阻消耗的电功率.
解答:
解:
(1)如图1两电阻串联,R串=R1+R2=1Ω+3Ω=4Ω,图2两电阻并联,R并=
=
=4Ω,
(2)若采用图1的连接方式,则阻值较小的电阻是R1,电路电流I=
=
=1.5A;
R1的电功率为P1=I2R1=(1.5A)2×1Ω=2.25W,
若采用图2的连接方式,则阻值较小的电阻是R3,
R3的电功率为P=
=
=6W.
点评:
本题考查电流、电功率等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是根据题意画出电路图,还要知道串联电阻和并联电阻的规律.
3、点拨:
此题不是课本中的实验,但它用到的是课本中的知识。
学生必需,
需要对所学知识进行一定的综合和重组,设计出科学合理的方案。
这就要一定的知识迁移能力和综合分析解决问题的能力。
⑴从实验的原理上考虑,因为灯泡的电阻不变,如果测出电阻,就能根据电功率公式
变形来求出额定电压。
⑵电流表量程的选择可根据提供的电源电压值和灯泡的功率来粗略估计,不超过0.6A,就选择0~0.6A的量程。
从题中条件可知电源电压低于灯泡的额定电压,则灯泡的实际功率小于额定功率6W,由此可估算出灯泡的电流不会超过0.6A。
对电阻R0的选择应注意测量时要有明显的分压,并与灯泡的电阻相差不能太大,同时又要有利于计算,故选30Ω或11Ω。
⑶中的电路图和⑷中的设计的步骤,应依据自己的思路而定。
全解:
⑴电阻;⑵30Ω(或11Ω);
方法1:
⑶电路图如图4所示。
(4)b.闭合S1,断开S2,记下电流表示数I1
c.闭合S2,断开S1,记下电流表示数I2
e.
方法2:
⑶电路图如图5。
(4) b.闭合S1,断开S2,记下电流表示数I1
c.同时闭合S1、S2,记下电流表示数I2
e.
4、
(1)R;
(2)BCEG;
(3)设计正确,只用R0,不用滑动变阻器;
(4)Rx=U1R0/U2(1分);(5)表格设计合理
5、
(1)0.2、12.5、0.5
(2)连线略(电流表用0.6A量程)、 B、小灯泡断路
不能、因为小灯泡的电阻要随温度的变化而变化,电流与电压不成正比。
6、456
7、 减小;15;0.3;3.2w
8、
(1)连图略,1分 断开 B
(2)(D)
(3)0.32 0.96
(4)A 电源电压低于3.8V或电池用久了,电压不足
9、
(1)3
(2)灯丝温度降低,电阻减小,实际功率减小,亮度降低、变大(3)8
10、
(1)由实验数据知,当电路电流为I=0.5A时,电阻箱接入电路的电阻为R=20Ω,电阻箱两端电压为UR=IR=0.5A×20Ω=10V;
灯泡两端电压为UL=U﹣UR=12V﹣10V=2V
所以灯泡的电阻为RL=
=
=4Ω
(2)灯泡正常发光时,电阻箱两端电压为U′R=U﹣U额=12V﹣4V=8V;
因为U=IR,也就是8V=IR,查表知,此时通过电阻箱的电流为0.8A
所以灯泡的额定功率为P额=U额I额=0.8A×4V=3.2W;
(3)由上面的计算知,在电流为0.5A时,灯泡电阻为4Ω,由于灯丝电阻随温度的升高而增大,随电路电流的减小而减小,在最后一组数据中,灯泡电阻应该小于4Ω,而电路电流I=0.22A时,灯泡电阻仍为4Ω,所以是此电流值错误.
(4)A既然能完成上面的第一小题,所以此实验可完成;
B灯泡亮度决定于实际功率,改变电阻箱接入电路的电阻,灯泡两端电压发生改变,亮度相应改变,所以此实验可完成;
C探究电流与电压的关系,需要保持电阻一定,而灯泡电阻随电流大小发生改变,所以此实验无法完成;
D在现有器材中,只要改变电流表的位置,就能探究串联电路电流的特点,所以此实验可完成.
故选C.
故答案为:
(1)10;4;
(2)3.2;(3)0.22;(4)C.
11、
(1)如图所示
(2)右 (3) 10 (4)增大 1.8
12、
(1)A
(2)质量 20
13、
(1)10;
(2)7.5;7;6.6
14、⑴无法使用控制变量法(1分) ⑵丙(1分) ⑶L1开路 (1分)⑷L1(2分)
15、1)额定电压
(2)B(量程为0.6A的电流表或0.6A)
(3)电流表或 断开(或打开)
(4)灯泡开路(灯泡断路,灯丝断了或灯泡与灯座接触不良)
(5)增大 灯丝的电阻随温度的升高而增大
16、
(1)如图所示
(2)灯泡断路
(3)0.75
(4)增大
电压收缴时,功率增加,灯丝温度升高(只答出灯丝温度升高同样给分)
二、计算题
17、考点:
欧姆定律的应用;电阻的串联;电功率的计算.
专题:
计算题;应用题;电路和欧姆定律;电能和电功率.
分析:
(1)根据Rt=100+0.5t求出0℃时,金属电阻的阻值,根据欧姆定律求出串联电路中的总电阻,利用电阻的串联求出电路消耗的电功率;
(2)根据Rt=100+0.5t求出600℃时,金属电阻的阻值,根据P=
和电阻的串联求出电路消耗的电功率;
(3)由电流的变化可知刻度盘
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- 关 键 词:
- 电功率 实验 计算