于夢梅

“測量小燈泡的電功率”是初中物理重要的測定性實驗，是中考的?？键c，考題一般涉及測量原理、器材選擇（電表量程、電源及滑動變阻器規(guī)格）、元件作用（滑動變阻器）、電路連接（電路圖與實物圖的互畫、接入電表或滑動變阻器）、故障分析（現(xiàn)象、原因、排除）、實驗操作（滑片移動方向、測量步驟等）、電表讀數(shù)、數(shù)據(jù)記錄（表格設(shè)計）、分析論證（表格、圖象、結(jié)論、計算電功率）等，而用特殊測量方法設(shè)計實驗是中考命題的熱點。其測量方法及解題思路如下：

一、伏安法測電功率

依據(jù)實驗原理P=UI，利用電壓表、電流表等相關(guān)器材，通過測量燈泡兩端的電壓和通過燈泡的電流，計算出燈泡的電功率?！胺卜ā笔浅Ｒ?guī)測量方法，考題多為教材實驗的再現(xiàn)與延伸，注重考查實驗操作技能、方法和實驗細(xì)節(jié)。

例1.在“測量小燈泡額定功率”的實驗中，提供的器材有：“3.8 V？A”的小燈泡、“10 Ω1 A”的滑動變阻器、四節(jié)新干電池等。

（1）連接電路時開關(guān)應(yīng)；如甲所示的實物圖連接中，連接不妥之處為。

（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，兩電表均無示數(shù)。為了查找故障，小明將電壓表拆下，在開關(guān)閉合狀態(tài)下，分別將電壓表接在電源、滑動變阻器及開關(guān)兩端，結(jié)果只有接在滑動變阻器兩端時，電壓表無示數(shù)，則肯定出現(xiàn)故障的元件是。

（3）排除故障后開始實驗，在移動滑片P的過程中，眼睛應(yīng)注視的示數(shù)；當(dāng)滑片P移到某一位置時，電壓表示數(shù)如乙所示，為測量燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向（填“左”或“右”）移動，直至電壓表的示數(shù)為3.8 V，此時電流表示數(shù)如丙所示，則小燈泡的額定功率是W。

（4）若實驗器材中電壓表0～15 V量程被損壞，利用上圖器材怎樣測定燈泡的額定功率？簡要步驟：

。

（5）若用該電路測量規(guī)格是“2.5 V0.3 A”燈泡的額定功率，須對實驗進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，寫出你的做法。

方法一：；

方法二：。

解析：測量電功率的實驗原理是P=UI。從保護(hù)電路角度確定連接電路時開關(guān)的狀態(tài)；從電表、變阻器的使用規(guī)則分析連接不妥之處；根據(jù)電路現(xiàn)象分析故障原因；由電表所用量程、分度值及指針位置讀出電表示數(shù)；比較實際電壓與額定電壓的大小關(guān)系，確定滑片移動方向（U實>U額時，增大R變；U實

（1）為了保護(hù)電路安全，連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開。選擇電表量程時，量程應(yīng)大于被測量，在被測量不超過量程的情況下，應(yīng)盡可能選用小量程，燈泡的額定電壓為3.8 V，不能使用0～3 V的量程；電流表的“-”接線柱應(yīng)與電源負(fù)極相連。故連接不妥之處是：電壓表量程選擇錯誤、電流表的正負(fù)接線柱接反了。

（2）電壓表接在電源兩端時有示數(shù)，說明電源無故障；接在變阻器兩端時無示數(shù)，說明電路斷路，但不是變阻器斷路，若變阻器斷路，則電壓表與電源正負(fù)極接通，肯定有示數(shù)；接在開關(guān)兩端時有示數(shù)，說明開關(guān)一定發(fā)生了斷路。

（3）移動滑片時眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)。電壓表使用0～15 V的量程，由乙可知，其分度值為0.5 V，示數(shù)是3 V，小于燈泡的額定電壓；由“串聯(lián)電路中電壓的分配與電阻成正比”可知，應(yīng)將滑片向右移動，以減小變阻器接入電路的阻值，減小變阻器的分壓，使電壓表的示數(shù)等于燈泡的額定電壓3.8 V。

電流表使用0～0.6 A的量程，由丙可知，其分度值為0.02 A，示數(shù)是0.3 A；燈泡的額定功率：P=UI=3.8 V×0.3 A=1.14 W。

（4）電壓表的大量程損壞，可改用小量程，因燈泡的額定電壓超過小量程，故不能直接將電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，可將電壓表并聯(lián)在變阻器兩端，當(dāng)燈泡兩端電壓等于U額時，電壓表示數(shù)：U變=U-U額=6 V-3.8 V=2.2 V。步驟：把電壓表和變阻器并聯(lián)，移動滑片至電壓表示數(shù)等于2.2 V，讀出電流表示數(shù)。

（5）燈泡規(guī)格由額定電壓為“3.8 V”變?yōu)椤?.5 V”，需對電路作以相應(yīng)的調(diào)整，以減小燈泡兩端電壓，可采取電源不動、調(diào)換元件或元件不動、調(diào)整電源兩種方法。方法一：換最大阻值較大的滑動變阻器（或串聯(lián)定值電阻）；方法二：減少電池個數(shù)。

例2.小明用如甲所示電路來測量小燈泡的電功率（部分實驗器材的規(guī)格已標(biāo)明）。

（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線將甲中的滑動變阻器連入電路，使之接入電路的阻值最大。

（2）實驗中，小明發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，兩電表指針始終處于乙所示位置，則接線柱（填接線柱的數(shù)字編號）間出現(xiàn)了（填“短路”或“斷路”）。

（3）故障排除后，小明從滑動變阻器接入電路阻值最大時開始記錄數(shù)據(jù)，得到小燈泡UI圖象如丙所示，則小燈泡的額定功率是W，所用滑動變阻器的規(guī)格是下列選項中的（選填選項前字母）。

A.“5Ω2A”B.“15Ω2A”

C.“25Ω2A”D.“30Ω2A”

（4）在某次調(diào)節(jié)中，滑動變阻器接入電路的阻值減小了ΔR1，小燈泡的阻值變化了ΔR2，則ΔR1（填“>”“<”或“=”）ΔR2，你的理由是。

（5）根據(jù)圖象還可以判斷，小燈泡燈絲的電阻隨電壓的增大而，原因是。

（6）做完實驗后，小明將“測量小燈泡的電功率”與“測量小燈泡的電阻”兩個實驗進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們非常類似，但也有許多不同之處，請各寫出一個相同點和不同點。

相同點：；

不同點：。

解析：由變阻器“一上一下”的連接原則和要求連接電路；由故障現(xiàn)象判斷故障點；由燈泡的額定電壓和圖象中對應(yīng)的電流值，利用電功率公式求出額定功率；根據(jù)圖象確定變阻器接入電路阻值最大時其兩端電壓和電路中的電流，利用歐姆定律求出其最大阻值，確定其規(guī)格；根據(jù)電流的變化判斷總電阻的變化，得出變阻器與燈泡的阻值變化的大小關(guān)系；根據(jù)電阻與溫度的關(guān)系分析燈絲電阻變化的原因；從實驗原理、所用器材和電路、相同元件的作用、操作步驟、結(jié)論等方面分析比較兩實驗的異同。

（1）由甲可知，變阻器滑片在最右端，要使其連入電路的阻值最大，與開關(guān)右接線柱連接的導(dǎo)線應(yīng)接變阻器左下端的接線柱（圖略）。

（2）由乙可知，電壓表的示數(shù)約等于電源電壓，電流表的示數(shù)為零，這說明與電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生了斷路，即接線柱③⑦之間發(fā)生了斷路。

（3）由甲可知，燈泡的額定電壓為2.5 V；由丙可知，當(dāng)U=2.5 V時，I=0.3 A，則燈泡的額定功率：P=UI=2.5 V×0.3 A=0.75 W。

由圖象可知，當(dāng)燈泡兩端電壓最小為0.5 V時，變阻器連入電路的阻值最大，U變=3 V-0.5 V=2.5 V，此時電路中的電流為0.1 A，變阻器的阻值：R變=U變I=2.5 V0.1 A=25 Ω，故所用變阻器的規(guī)格是“25 Ω2 A”。答案：C。

（4）ΔR1>ΔR2；理由是：滑動變阻器接入電路的阻值減小，電路中的電流增大，總電阻變小，此時燈泡的阻值增大，滑動變阻器減小的阻值大于燈泡增大的阻值。

（5）由丙可知，燈泡的UI關(guān)系圖象是一條曲線，說明燈泡燈絲的電阻是變化的，且隨電壓的增大而增大。原因是：電壓增加時，功率增加，燈絲溫度升高，而燈絲電阻隨溫度升高而增大。

（6）相同點：①實驗所用器材和電路連接相同；②實驗步驟相同；③滑動變阻器的作用相同（保護(hù)電路、調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓）。

不同點：①實驗原理不同（測功率：P=UI；測電阻：R=UI）；②實驗結(jié)論不同（測功率：燈泡的電功率隨實際電壓或電流而變化；測電阻：燈泡的電阻受溫度的影響而變化）。

例3.在“探究小燈泡的亮度與哪些因素有關(guān)”的實驗中，實驗電路如所示。實驗時，小紅通過改變接入電路的滑動變阻器的阻值，用電壓表和電流表進(jìn)行了4次測量，并將有關(guān)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象記錄在表格中。

實驗序號電壓/V電流/A實際電功率/W燈泡亮度10.50.120.06不亮21.50.200.30偏暗32.50.300.75正常42.80.320.90更亮（1）在第1次實驗中，小燈泡不亮的原因是：。

（2）小紅根據(jù)表中數(shù)據(jù)，求出小燈泡的額定功率為：

P額=0.06 W+0.30 W+0.75 W+0.90 W4≈0.50 W

①你認(rèn)為這種數(shù)據(jù)處理方法是（填“正確”或“錯誤”）的，理由是：

。

②小燈泡的額定功率應(yīng)是：P額=W。

（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)及現(xiàn)象可得到的結(jié)論是：

。（寫出一個即可）

解析：由表中數(shù)據(jù)及現(xiàn)象分析燈泡不亮原因；由額定功率的含義確定燈泡的額定功率，不能以功率的平均值作為額定功率；分析表中電壓、電功率與燈泡亮度的關(guān)系得出結(jié)論。

（1）燈泡不亮的原因，一是燈泡或燈泡所在的電路斷路；二是變阻器連入電路的阻值過大，燈泡的實際功率過小。因電流表有示數(shù)，故不亮的原因是后者。

（2）①以不同電壓下的實際電功率的平均值作為燈泡的額定功率，這種數(shù)據(jù)處理方法是錯誤的；理由是：額定功率不等于實際電功率的平均值。

②燈泡在額定電壓下（正常發(fā)光時）的功率是額定功率，由表中信息可知，小燈泡的額定功率：P額=0.75 W。

（3）結(jié)論：電壓越大，電功率越大，燈泡越亮；燈泡的亮度由它的實際功率決定；燈泡的實際功率有多個，額定功率只有一個等。

二、伏阻法測功率

依據(jù)實驗原理P=UI，只用電壓表，借助已知阻值的定值電阻及相關(guān)器材，利用串并聯(lián)電路的電流、電壓規(guī)律和歐姆定律，通過測量電壓間接測量電流，計算出電功率。“伏阻法”是特殊測量方法，是在常規(guī)實驗基礎(chǔ)上的拓展，一般為“伏安法”測電功率考題的后續(xù)部分，且多為設(shè)計性實驗，考查實驗創(chuàng)新設(shè)計能力，具有一定的難度。

例4.在“測量小燈泡額定功率”實驗中，老師拿來一個已知額定電流為0.2 A，但額定電壓未知的小燈泡，一個已知阻值為R的電阻及其他實驗器材，為同學(xué)們設(shè)計了如所示的電路。請將下列實驗步驟補(bǔ)充完整。

（1）（填開關(guān)S、S1、S2的通斷情況），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為；

（2）閉合開關(guān)S、S2，斷開S1，（填“適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片”或“保持滑動變阻器的滑片不動”），讀出電壓表的示數(shù)為U；

（3）燈泡額定功率的表達(dá)式為：P=。

解析：已知燈泡的額定電流I額，用電壓表和定值電阻R測額定功率，需要測出燈泡的額定電壓UL。先測出電阻R與燈泡串聯(lián)且電流為I額時電阻R兩端的電壓UR，則UR=I額R；燈泡的額定電壓：UL=U-UR=U-I額R，再測出電阻R與燈泡串聯(lián)的總電壓U。

（1）閉合開關(guān)S、S1，斷開S2，電阻R與燈泡串聯(lián)，電壓表測電阻R兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑片使電壓表的示數(shù)為0.2R。

（2）閉合開關(guān)S、S2，斷開S1，電阻R與燈泡串聯(lián)，電壓表測電阻R與燈泡串聯(lián)的總電壓U，此時應(yīng)保持滑動變阻器的滑片不動，否則，電路中的電流發(fā)生改變，UL=U-0.2R的關(guān)系將不成立。

（3）燈泡的額定功率：P=ULI=（U-0.2R）×0.2 A。

例5.某小組同學(xué)想設(shè)計一個只用電壓表測定小燈泡額定功率的實驗，于是他們利用下列器材：標(biāo)有“3.8 V”字樣的小燈泡、阻值為R0的定值電阻、單刀單擲開關(guān)、單刀雙擲開關(guān)（符號為（）、滑動變阻器、電源（電壓恒定）各1個，導(dǎo)線若干，順利完成了實驗。假如由你來做實驗，要求電路只連接一次，請設(shè)計實驗方案。

（1）在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖。

（2）簡述實驗步驟：。（用相應(yīng)的字母表示測出的物理量）

（3）寫出燈泡額定功率的表達(dá)式：P額=。（用已知量和測量量表示）

解析：根據(jù)實驗原理與所用器材，應(yīng)用“伏阻法”設(shè)計實驗方案。

（1）由實驗原理P=UI可知，測量燈泡的額定功率，需要測出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流。已知燈泡的額定電壓U額，用電壓表、定值電阻R0和單刀雙擲開關(guān)間接測量與U額對應(yīng)的電流I額。將燈泡與R0串聯(lián)，通過單刀雙擲開關(guān)先使電壓表接在燈泡兩端，使電壓表的示數(shù)為U額；再使電壓表接在燈泡與R0串聯(lián)的兩端，測出總電壓U，則R0兩端的電壓：UR=U-U額；利用歐姆定律求出通過R0的電流，即可得到通過燈泡的電流I額；然后在電路中串聯(lián)接入電源、單刀單擲開關(guān)、滑動變阻器。電路圖如所示。

（2）實驗步驟：

a.閉合開關(guān)S1、S2接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8 V；

b.保持滑動變阻器滑片位置不變，S2接2，讀出電壓表示數(shù)U。

（3）通過燈泡的電流：

I=IR=URR0=U-3.8 VR0

燈泡的額定功率：

P=U額I=3.8 V×（U-3.8 V）R0。

三、安阻法測功率

依據(jù)實驗原理P=UI，只用電流表，借助已知阻值的定值電阻及相關(guān)器材，利用串并聯(lián)電路的電流、電壓規(guī)律和歐姆定律，通過測量電流間接測量電壓，計算出電功率?！鞍沧璺ā笔翘厥鉁y量方法，與“伏阻法”類似，也是在常規(guī)的“伏安法”測量基礎(chǔ)上的拓展，一般為“伏安法”測電功率考題的后續(xù)部分，且多為設(shè)計性實驗，考查實驗創(chuàng)新設(shè)計能力，具有一定的難度。

例6.在“測量小燈泡額定功率”實驗中，已知小燈泡的額定電流為I額，實驗電路如所示。請將下列實驗步驟補(bǔ)充完整。

（1）實驗步驟：

①閉合開關(guān)，；

②移動滑動變阻器，。

（2）燈泡額定功率的表達(dá)式：P額=。（用已知量和測量量表示）

解析：實驗器材有電阻箱和兩個電流表，無電壓表，但已知燈泡的額定電流I額，可借助變阻箱，先使變阻箱的電阻為R；再使干路電流I2和通過變阻箱的電流I1之差等于燈泡的額定電流I額，即I額=I2-I1，則燈泡的額電壓：U額=UR=I1R；然后利用電功率公式推導(dǎo)出額定功率的表達(dá)式。

（1）實驗步驟：

①閉合開關(guān)，使變阻箱為某一定值R；

②移動滑動變阻器，使電流表A2的示數(shù)I2與電流表A1的示數(shù)I1之差為I額。

（2）燈泡的額定電壓：U額=UR=I1R

燈泡的額定功率：P額=U額I額=I1RI額。

例7.在“測量小燈泡額定功率”實驗中，已知小燈泡的額定電壓為U額，另有器材：電流表、阻值為R0的定值電阻、滑動變阻器、電源（電壓恒定）各1個，開關(guān)3個，導(dǎo)線若干。請設(shè)計測量方案。

（1）在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖。

（2）實驗步驟：

。

（用相應(yīng)的字母表示測出的物理量）

（3）寫出燈泡額定功率的表達(dá)式：P額=。（用已知量和測量量表示）

解析：根據(jù)實驗原理與所用器材，應(yīng)用“安阻法”設(shè)計測量方案。

（1）已知燈泡的額定電壓U額，用電壓表和定值電阻R0間接測量與U額對應(yīng)的電流I額。先將R0與電流表串聯(lián)后再與燈泡并聯(lián)，通過開關(guān)開閉，調(diào)節(jié)變阻器，測出R0與燈泡并聯(lián)時通過R0的電流，且使電流表的示數(shù)I0=U額R0；再通過開關(guān)開閉使電流表測干路電流I，則通過燈泡的額定電流：I額=I-I0；然后在電路中串聯(lián)接入電源、總開關(guān)、滑動變阻器。電路圖如所示。

（2）實驗步驟：

①閉合開關(guān)S、S2，移動滑動變阻器的滑片P，使電流表的示數(shù)為I0=U額R0；

②斷開開關(guān)S2，閉合S1，讀出電流表的示數(shù)為I。

（3）燈泡的額定電流：

I額=I-I0=I-U額R0

燈泡的額定功率：

P額=U額I額=U額（I-U額R0）。