专题23 探究电热和电功率的影响因素

专题23探究电热和电功率的影响因素
测定小灯泡的电功率
1．原理：__P＝UI__。

2．电路图
3．实验步骤
(1)按照实验电路图正确连接电路。

连接时，开关处于__断开__状态，滑动变阻器的滑片处于__阻值最大处__。

(2)闭合开关，注意观察电压表的示数，然后缓慢移动滑动变阻器滑片的位置，直到电压表示数分别为0.8U额、U额、1.2U额，读出电流表示数，观察灯泡亮度变化，计算灯泡功率和灯丝电阻。

4．实验结论
(1)灯泡的亮度取决于__灯泡的实际功率__，并且__实际功率越大，灯泡越亮__。

(2)计算不同电压下的灯丝电阻，可得出结论：__灯丝电阻随温度升高而增大__。

(3)该实验分别测了三次不同电压下灯泡消耗的功率，有同学认为这样可以求得灯泡的平均功率，这种做法是__错误__的。

【例1】小科想知道标有“3.8 V”字样的小灯泡正常工作时的电功率，于是连接了如图所示的实验电路。

电源电压为6 V恒定不变，滑动变阻器规格为“50 Ω 1 A”。

(1)请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。

答图：
(2)正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮。

小科观察到两电表的示数情况是__电压表有示数，电流表无示数(或电压表示数为6_V，电流表示数为0)__，由此判断故障是小灯泡断路。

(3)排除故障后，小科进行了正确操作，观察到的现象和测得的数据如下：
实验次数 1 2 3 4 5
发光情况很暗较暗较亮亮很亮
电压U/V 1 2 3 3.8 4.5
电流I/A 0.2 0.22 0.25 0.30 0.34
由表中数据可得，小灯泡的额定功率是__1.14__W。

(4)小科根据表中数据，计算了各次实验的灯丝电阻，分析后认为，闭合开关前灯丝的阻值小于__5__Ω，小科的理由是__灯泡灯丝电阻随着温度的升高而增大，实验中灯泡发光很暗时灯丝电阻为5_Ω，没有通电时，温度更低，所以电阻会更小__。

【拓展设问】
(5)正确连接电路后，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该置于最__左__(填“左”或“右”)端。

(6)小灯泡正常发光时的电阻约为___12.7__Ω。

(结果保留一位小数)
(7)当小科同学继续调节滑动变阻器测量时，灯丝突然烧断了(其余元件完好)，则此时电压表示数约为__6__V。

(8)若小科按实验图连接电路时，刚连好最后一根导线，小灯泡立即发出耀眼的光并很快熄灭。

检查后发现连线正确，则实验中操作不当之处有：①__连接电路时开关没有断开__；
②__滑动变阻器滑片没有移到阻值最大处__。

(9)小红在实验时发现电压表0～15 V量程不能使用，应该如何改进电路：__将电压表并联在滑动变阻器两端__，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为__2.2__V时小灯泡正常发光。

(10)在分析误差的过程中，同组的小华认为本次实验方法测量的电功率也存在一定的误差，因为电压表是有电流通过的，会使电流表测得不准确，从而使测量的灯泡额定功率__偏大__(填“偏大”或“偏小”)。

(11)小虎设计了A、B、C三种电路图，试图测量另一个小灯泡的额定功率(额定电压已知)，其中R0为10 Ω的定值电阻，S为单刀双掷开关(S可以连接“a”或“b”)，则以下测量方案可行的是__A、B__(填字母)。

【命题点分析】测定小灯泡的功率的实验，可考查实验原理、实验主要器材及作用、画
电路图或连接实物图、电路连接注意事项、开关闭合后电表指针异常偏转的原因、电路故障分析、电表的读数、小灯泡额定功率的计算、小灯泡正常发光时电阻的计算、分析数据、总结结论、误差分析、特殊方法测电功率。

研究电热跟哪些因素有关
1．内容：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成__正比__，跟导体的电阻成__正比__，跟通电时间成__正比__。

可用公式__Q＝I2Rt__表示。

只有当电能全部转化为热能时，W__＝__Q；当电能不全部转化为热能时，W__>__Q。

2．实验装置
3．实验方法
(1)转换法：探究电流产生热量的多少，通常将其转换成液体内__温度计示数变化__来判断。

(2)控制变量法：当甲、乙两电阻串联在电路中，控制__电流、通电时间__相同，可以研究电热与电阻的关系。

【例2】(2020·鄂州)如图所示是探究电流通过导体时产生热量的多少跟什么因素有关的实验装置。

甲、乙是完全相同的密闭容器，里面密封着等量的空气，U形管中液面高度的变化反映密闭空气温度的变化，闭合开关前，A、B两U形管内液面相平。

(1)实验中，乙容器外部的电阻的作用是为了使左右容器内导体的__电流__不相等。

(2)由于电流产生的热量不易直接测量，因此在实验中是通过观察U形管中液面高度的变化来显示甲、乙容器内空气温度的变化，这里采用的物理研究方法是__转换法__。

(3)通过对比观察，__甲__(填“甲”或“乙”)容器中导体的电阻产生的热量较多。

由此可知，在电阻和通电时间相同时，电流越__大__，导体产生的热量越多。

【拓展设问】
(4)U形管__不是__(填“是”或“不是”)连通器。

(5)接通电路后，密闭容器中电阻丝的内能增大是通过__做功__(填“做功”或“热传递”)的方式改变的。

(6)通电一段时间后，甲、乙密闭容器内的电阻产生的热量之比为__4∶1__。

(7)按图中所示装置进行实验，发现随着通电时间延长，U形管左右两侧液面均逐渐上升，这表明__在电阻和电流不变的情况下，通电时间越长，产生的热量越多__。

(8)若将乙容器外的电阻放入乙容器内，此时该装置是用来探究电流产生的热量与__电阻__的关系，一段时间后电阻丝产生的热量__左瓶__(填“左瓶”“右瓶”或“两瓶一样”)多。

(9)小红同学在实验中观察到左侧U形管中液面很快出现高度差，右侧U形管中液面高
度差为零，原因可能是乙密闭容器中的电阻丝__断路___(填“断路”或“短路”)。

(10)小乐将装置改装后可测量煤油的比热容。

方法是：将两电阻丝换为阻值相等的定值电阻，再将U形管换为温度计，分别向两容器中加入初温均为t0、质量相等的水和煤油，如图2所示，通电一段时间后，读出温度计的示数分别为t水和t煤油，则煤油比热容的表达式：
c煤油＝__t水－t0
t煤油－t0
c水__(已知水的比热容为c水)。

图2
【命题点分析】研究电热跟哪些因素有关的实验，可考查实验方法、分析现象、总结实验结论、U形管是否为连通器的判断、焦耳定律、U形管两侧液面高度差为零的原因分析、比热容的计算。

1．(2020·宿迁)如图所示是探究“影响电流热效应因素”的实验装置，将R1、R2两电阻丝密封在两只完全相同的烧瓶内，且R1＞R2，瓶内装入等质量的煤油，则下列说法错误的是( D )
A.烧瓶内选用比热容较小的液体，可以使实验现象更明显
B.该装置可以探究电流通过电阻丝产生的热量与电阻大小的关系
C．实验中通过温度计示数的变化来比较电阻丝产生热量的多少
D．若要比较水和煤油的比热容大小，只需将一个烧瓶内的煤油换成等质量的水即可2．(2020·绍兴模拟)为了探究“电流产生的热量与电阻大小的关系”，某实验小组采用了如图所示的实验装置，其中R1>R2。

(1)实验中R1、R2采用串联方式连接，这样做的目的是__使电流相等__。

(2)在通电时间相同时，两支玻璃管内煤油上升较高的是甲瓶。

由此可得出结论：__电流相同的情况下，电阻越大，电流产生的热量越多__。

(3)实验中R1是一根阻值为40 Ω的电阻丝，通电200 s，通过的电流为0.2 A，则电流通过电阻丝产生的热量为__320__J。

(4)本实验中，电流产生的热量通过玻璃管内煤油液面的变化来判断，这种科学方法叫做转换法。

下列科学实验中，也用到转换法的有__①④__。

①探究滑动摩擦力大小跟哪些因素有关，用弹簧测力计匀速拉动木块
②牛顿在伽利略等人研究成果的基础上得出牛顿第一定律
③用大豆和芝麻混合实验来模拟分子间有空隙
④证明通电直导线周围有磁场
3．小青在“测量小灯泡的额定功率”实验中，选用的小灯泡标有“2.5 V”字样。

(1)连接好的电路如图甲所示，闭合开关，小青发现小灯泡没有发光，但电流表有示数，接下来应进行的操作是__C__(填字母)。

A.更换小灯泡
B ．检查开关是否闭合
C ．移动滑动变阻器滑片
D ．检查电压表是否断路
(2)实验时，电压表的示数如图乙所示，则应将滑片向__A __(填“A ”或“B ”)端移到某一位置，才能使小灯泡正常工作。

若正常工作时电流表示数为0.5 A ，则小灯泡的额定功率为__1.25__W 。

(3)完成上述实验后，小青又设计了一种测额定功率的方案，如图丙所示，R 0是阻值已知的定值电阻。

请完成下列操作：
①连接好电路，闭合开关S ，将开关S 1拨到触点__A __(填“A ”或“B ”)，移动滑片，使电压表的示数为小灯泡的额定电压U 1；
②保持滑片的位置不动，再将开关S 1拨到另一触点，读出电压表的示数U 2；
③用U 1、U 2、R 0表示小灯泡的额定功率，则表达式P ＝__U 1（U 2－U 1）R 0
__。