专题11 伏安法和特殊方法测量小灯泡的电功率(解析版)

专题11 伏安法和特殊方法测量小灯泡的电功率测量小灯泡的电功率是初中电学的一个重要实验，是电功率一章的最后一节内容，是前面内容的一个升华，知识性综合性，是各省市中考中最常考的电学实验。

伏安法测电功率主要考查电路的连接、电路故障、电流表的读数及电功率的计算，特殊方法测电功率侧重考查电路的设计、实验步骤及表达式的书写等。

一、伏安法测量小灯泡的电功率：1.实验原理：P=UI。

2.电路的设计：用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，为了多次测量，还需要滑动变阻器，还要用到组成电路必备的元件：电源、开关、导线，所以电路图如下：3.实验过程和记录表格：连接电路，移动滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数分别等于小灯泡的额定电压、实际电压为额定电压的1.2倍、实际电压为额定电压的0.8倍，并记下电压表和电流表的示数，观察小灯泡的亮度，将数据和观察到的灯泡的亮暗情况填入下表：U/V I/A P/W 小灯泡的亮度1234. 实验结论：（1）当U实=U额时，P实=P额，用电器正常工作；当U实〉U额时，P实〉P额，用电器容易烧坏；当U实<U额时， P实<P额，用电器不能正常工作。

（2）不同电压下，小灯泡的功率不同，实际电压越大，小灯泡功率越大。

（3）小灯泡的亮度是由小灯泡的实际功率决定的，实际功率越大，小灯泡越亮。

例题1、（2021山西中考真题）“圆梦”学习小组在“测量小灯泡的电功率”实验中，小灯泡额定电压为2.5V考点透视迷津点拨与点对点讲（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整（导线不得交叉，其他接法合理即可）。

（2）正确连接电路后，闭合开关，发现电流表指针不动。

但用手按住开关，发现电流表指针摆动，出现这种现象的原因是______ 。

（3）排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片，当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是______W。

（4）小组的同学在实验中又测出了几组数据，请你帮他们设计一个实验记录表。

【答案】（1）见解析（1）开关接触不良（3）0.7 （4）表格见解析。

【解析】（1）伏安法测小灯泡的功率实验中，滑动变阻器应“一上一下”接入电路，故连线如下图所示：；（2）闭合开关，发现电流表指针不动，说明电路存在断路的情况，其中用手按住开关后接通，说明可能是开关闭合时接触不良。

（3）电流表选小量程，分度值为0.02 A，电流表的示数为0.28 A，则小灯泡的额定功率是P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；（4）根据需要，需记录小灯泡两端的电压、通过小灯泡的电流，计算小灯泡的电功率，并观察灯泡的亮暗情况，所以设计的实验表格如下：实验次数电压U/V 电流I/A 电功率P/W 灯泡发光情况图像是一条曲线，原因是：温度对小灯泡的电阻有影响。

（2）本实验中多次测量的目的是为了测量不同电压下小灯泡的实际功率，不是为了多次测量求平均值，所以设计的表格中没有“平均功率”这一栏。

（3）在开始进行实验时，小的票可能不亮，可能的原因之一是滑动变阻器连入电路中的阻值太大，小灯泡的实际功率太小，不足以使小灯泡发光。

（4）小灯泡两端的电压无法达到调到额定电压的原因：电源电压过低或滑动变阻器的阻值太小。

对点练：（2021山东烟台）为了测量小灯泡的电功率及观察小灯泡的亮度变化情况，某小组选用了一只额定电压为3.8V的小灯泡，他们准备进行三次测量，加在小灯泡两端的电压分别为3.8V、4.5V和3V，连接的实物电路图如图所示。

（1）开始实验后，闭合开关，向左移动滑动变阻器的滑片时，发现小灯泡的亮度______（选填“变亮”、“变暗”或“不变”），电流表的示数_______，电压表的示数______（后两个空均选填“变大”、“变小”或“不变”）；（2）小组成员根据观察到的现象检查发现有一根导线连接错误，请在错误的导线上画“×”，用笔画线代替导线画出正确的连线；（3）正确连接电路后开始实验，实验所测数据如下表所示，则小灯泡的额定功率为______W；电压表示数（V）电流表示数（A）小灯泡的实际功率（W）小灯泡的发光情况3.8 0.40 正常发光4.5 0.42 1.89 校亮3.0 0.38 1.14 较暗（4）根据上表的实验数据以及小灯泡的发光情况，你有什么发现? _______。

【答案】（1）变亮变大不变（2）见解析（3）1.52 （4）见解析。

【详解】（1）开始实验后，闭合开关，向左移动滑动变阻器的滑片时，变阻器连入电路的电阻变小，电路的总电阻变小，由UIR=可知通过电路的电流变大，电流表的示数变大，灯泡变亮，电压表测量电源电压，电压表的示数不变。

（2）电压表测量电源电压是错误的，电压表和灯泡并联，测灯泡两端的电压，如图所示：（3）由表中数据可知，当小灯泡两端的电压为3.8V时，小灯泡正常发光，此时小灯泡的额定功率为P=UI=3.8V×0.40A=1.52W；（4）由表中数据可知，小灯泡的实际功率越大，小灯泡越亮，小灯泡的亮暗由实际功率决定。

二、特殊方法测小灯泡的电功率——缺少电流表（伏阻法）只有电压表时，无法直接测出电流，因此想办法测电流是实验的关键。

为了测电流，往往是构造串联电路，使通过小灯泡的电流与通过定值电阻的电流相等，间接测出电流。

电路设计实验步骤表达式已知U额、R0（1）闭合S、S1，移动滑片，使电压表示数为U额；（2）断开S1，闭合S2，保持滑片位置不变，读出电压表的示数U1。

1-U UP UR=额额额已知I额、R0（1）闭合S、S1，移动滑片，使电压表的读数I额R0；（2）断开S1，闭合S2，保持滑片位置不变，读出电压表示数U1。

10P U I R I=-额额额（）实验时发现电流表已损坏无法使用，老师给她一个已知阻值为R0的定值电阻，同学们设计了如图所示的电路，并正确测出小灯泡的额定功率，已知电源电压不变，实验步骤如下：①闭合开关S，S1，断开S2，调节滑动变阻器的滑片P使电压表读数为小灯泡额定电压U额；②闭合开关S，断开S1，再闭合S2，保持滑动变阻器滑片P位置不动，读出此时电压表的示数为U；③小灯泡额定功率的表达式P额=______。

（用U额、U、R0表示）【答案】U UUR-额额。

【解析】步骤①中闭合开关S，S1，断开S2，小灯泡、滑动变阻器、定值电阻R0串联，电压表测小灯泡两端电压，调节滑动变阻器的滑片P使电压表读数为小灯泡额定电压U额，此时小灯泡正常发光；步骤②中闭合开关S，断开S1，再闭合S2，小灯泡、滑动变阻器、定值电阻R0串联，电压表测小灯泡与定值电阻R0两端电压，保持滑动变阻器滑片P位置不动，读出此时电压表的示数为U。

此时小灯泡依然正常发光，根据串联分压可得到定值电阻R0两端电压U0=U-U额此时电路电流就小灯泡正常发光时的电流0000URUI IRU-===额额，则小灯泡的额定功率0UP I U URU-==额额额额额。

【点拨】由于题目中只给出了电压表，所以应设法测量出小灯泡正常工作时的电流，而定值电阻的阻值己知，若能测量出它两端的电压，就能求出它的电流，这时如果小灯泡和定值电阻串联，则小灯泡的电流就是定值电阻的电流。

因此我们设计构造串联电路，间接测小灯泡正常发光时的电流，便可以测量小灯泡的额定功率。

对点练：（2021辽宁鞍山节选）在“测量小灯泡电功率”的实验后，某同学设计了如图所示的电路来测定额定电压为3V的小灯泡的额定功率。

已知电源电压为9V，定值电阻R的阻已知U额、R0（1）闭合S，调节R2的滑片到最左端，调节R1的阻值使电压表的示数为U额；（2）保持R1的位置不变，将R2的滑片调到最右端，读出电压表的示数U。

U UP UR-=额额额值为10Ω。

请帮助他完成以下实验步骤：①开关S 、S 1闭合，S 2断开，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为______V 时，小灯泡正常发光；②保持滑片位置不动，开关S 、S 2闭合，S 1断开，此时电压表的示数为4V ；再将滑动变阻器的滑片移至最________（填“左”或“右”）端，此时电压表的示数为7V 。

③小灯泡的额定功率P 额＝________W 。

【答案】①6 ②左 ③0.9。

【解析】①开关S 、S 1闭合，S 2断开，滑动变阻器滑片右边的电阻与灯泡串联，电压表测 变阻器的电压，要使小灯泡正常发光，则灯泡两端的电压U L =U 额=3V,根据串联电路电压的规律可得，U 滑=U-U L =9V-3V=6V ，所以，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为6V ，则灯泡正常发光；②保持滑片位置不动，开关S 、S 2闭合，S 1断开，滑动变阻器的全部电阻R ′与定值电阻R 串联，电压表测量变阻器滑片右边电阻两端的电压，此时电压表示数为U 右=4V ；由于滑动变阻器的全部电阻连入电路，为了间接测出定值电阻R 两端的电压，所以需要测出滑动变阻器两端的电压，故再将滑动变阻器的滑片移至最左端，此时电压表示数为滑动变阻器两端的电压，即U ′=7V ；③在②中，滑动变阻器的全部电阻R ′与定值电阻R 串联，跟据串联电路电压的规律可得，R 两端的电压U R =U －U'=9V-7V=2V ，由分压原理可知，R U RR U =右右，所以变阻器滑片右边电阻的阻值4V10202VR U R R U ==⨯Ω=Ω右右，故在①中，小灯泡的额定电流为V L 6V0.3A 20U I R ===Ω右，则小灯泡的额定功率P 额=U L I L =3V×0.3A=0.9W。

三、特殊方法测小灯泡的电功率——缺少电压表（安阻法）只有电流表时，无法直接测出电压，因此想办法测电压是实验的关键。

为了测电压，往往是构造并联电路，使小灯泡两端的电压与定值电阻的电压相等，间接测出电压。

电路设计实验步骤表达式了图所示的电路（R0为已知的定值电阻，R为滑动变阻器）。

（1）断开开关S1，闭合开关S2，移动滑动变阻器滑片P，当电流表示数为_______时，小灯泡恰好正常发光；（2）保持滑动变阻器滑片P位置不变，闭合开关S1，断开开关S2，记下电流表示数为I；（3）推导出小灯泡L的额定功率表达式P额＝_______（用物理量U0、R0和I表示）。

【答案】0UR()UU IR-。

已知U额（1）闭合S、S1，移动滑片，使电流表的示数为UIR=额；（2）断开S2，闭合S1，读出电流表的示数I1。

1-UP I UR=额额额（）已知I额、R0（1）闭合S、S2，移动滑片，使电压表的读数I额；（2）断开S2，闭合S1，保持滑片位置不变，读出电流表示数I1。

10P I I R I=-额额额（）已知I额（1）只闭合S1，移动滑片，使电流表示数为I额；（2）断开S1，闭合S2，保持滑片位置不变，调节电阻箱，当电流表示数为I额时，读出电阻箱连入电路中的电阻R。