测量 “小灯泡额定电功率” 问题方法浅析

2019-08-27 版权声明 举报文章

摘 要: 测量“小灯泡额定电功率”的实验是初中电学的一个重点和热点,课本上主要介绍的是利伏安法测量小灯泡的额定电功率。随着电学知识的融合出现了一些特殊的测量小灯泡额定电功率方法。本文从特殊方法入手进行系统分析,找出解决这类问题的方法。

关键词: 额定电功率 伏安法 伏阻法 安阻法

测量“小灯泡额定电功率”是初中电学的一个重点和热点,此实验中考察的知识点有:电路的连接,电表量程的选择,电路的设计,以及电路计算。课本上主要介绍的是“伏安法”测量小灯泡的额定电功率。随着电学知识的融合出现了一些特殊的测量小灯泡额定电功率方法。这要求教师在教学过程中注重对学生的学法进行指导,全方位拓展学生思维,有效地解决实际问题。笔者在教学中发现:在测量“小灯泡额定电功率”实验中,可以找寻出处理这类问题的一般方法,学生也能很好理解,非常有效。下面以三个典型的问题为例,谈谈我在处理这类问题时的做法,供大家学习和参考。

例1:(2014苏州)在“测量小灯泡的额定功率”实验中,已连接的部分电路如图a所示,图中电源电压恒定,小灯泡上只能看到“3.8V“字样。

图a 图b

第(1)题答案

(1)请你用笔画线代替导线,将图中的实物电路连接完整。

(2)开始实验后,当变阻器滑片滑到图示位置时,电压表的示数为3.0V,接着应将滑片向?摇?摇 ?摇?摇滑动,直至灯泡两端电压为额定电压,此时电流表的示数如图b所示,则灯泡的额定功率为?摇?摇 ?摇?摇W。

(3)实验时某小组学生发现电流表损坏,他们想设计一个不用电流表测定该小灯泡额定功率的实验,于是向老师要了一个R的定值电阻(阻值适当)和一个单刀双掷开关(符号为),借助原有实验器材,顺利完成了实验,假如由你来做实验,要求电路只连接一次,请设计实验方案。

①在虚线框内画出实验电路图。②简述实验步骤。(用相应的字母表示测出得出物理量)

③写出灯泡额定功率的表达式P=?摇?摇 ?摇?摇。(用已知量和测量量表示)

分析:(1)按要求进行电路连接是初中电学的基本考点;①伏安法测量小灯泡电功率的电路图;②电表量程的选择;③滑动变阻器的连接。

(2)①电路动态分析:在此电路中,当滑动变阻器的滑片向左移动时连在电路中电阻的变大,电流减小,电压表示数减小,灯泡变暗;反之正好相反。②当U=Ue时P=Pe;当UPe。

(3)没有电流表,但是有电压表和已知阻值的电阻相配合,可以当“电流表”使用(伏阻法);注意这里是测量小灯泡的额定功率,所以测算的电流一定要是小灯泡正常工作时通过灯泡的电流,判断小灯泡正常工作的方法是:电压表与小灯泡并联,移动滑动变阻器使电压表示数为3.8V。

解:(1)电压表应选0~15V的量程,滑动变阻器接上接线,电路图如上图所示。

(2)由电路图可知,应向右移动滑动变阻器滑片,使滑动变阻器接入电路的阻值变小,灯泡两端的电压变大,当电压表示数等于灯泡额定电压3.8V时,灯泡正常发光,灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W。

(3)方法一:(电路图如图所示)

方法二:(电路图如图所示)

实验步骤:①按图连接电路,闭合S,S接2,调节滑动变阻器滑片到最左端,读出电压表示数为U(电源电压)。

②S接1,移动滑动变阻器滑片的位置,使电压表示数为3.8V。

③保持滑动变阻器滑片的位置不变,S接2,电压表示数为U1。

数据处理:求出滑动变阻器连入电路中的电阻;

通过灯泡的电流是Ie=;小灯泡的额定功率。

例2:(2015苏州模拟)在“测定小灯泡额定功率”的实验中,电源电压为6V,小灯泡的额定电压为3.8V。

(1)电路连接好后,闭合开关后,灯泡不亮,电压表有示数且接近电源电压,电流表指针几乎不动,产生这一现象的原因可能是?摇 ?摇?摇?摇。

甲 乙 丙

(2)排除故障后,在将滑动变阻器的滑片从一端缓慢移到另一端的过程中,发现电压表示数U与滑片移动距离x的关系如图乙所示,电压调节非常不方便,这是由于选用了?摇?摇 ?摇?摇(选填“A”或“B”)滑动变阻器。可供选用的滑动变阻器

A:滑动变阻器A(阻值范围0-500′Ω,滑片行程10cm)。

B:滑动变阻器B(阻值范围0-50′Ω,滑片行程10cm)。

(3)换用了另一个滑动变阻器并接通电路后,移动滑片位置,当电压表的示数为3.8V时,电流表的示数如图丙所示,其读数为?摇?摇 ?摇?摇A。

(4)实验中刚刚测完上述(3)中的一个数据,电流表突然损坏了。他们找到了一个阻值为10′Ω的定值电阻和一个单刀双掷开关(符号为(―/二)),借助原有的实验器材,重新进行了测量。假如由你来做实验,要求电路只连接一次,请设计实验方案。

①在虚线框内画出实验电路图。

②简述实验步骤。

③写出灯泡额定功率的表达式P=?摇?摇 ?摇?摇。(用已知量和测量量表示)

分析:(1)串联电路的常见故障,一般是断路和短路,主要先看电路中的电流大小,电流为0,就是断路;再看电压表是否有示数,就可以确定断点的位置。

(2)根据图像,我们发现滑动变阻器的滑片移动了一段较长的距离,电路中电流仍然较小,加在小灯泡两端的电压较低,说明此时电路电阻较大,滑动变阻器量程太大的缘故。

(3)电表读数是初中生的基本技能。首先要明确量程,进而明确分度值,读数即可。

⑷在没有电流表的情况下,主要的思想方法是伏阻法。同学绝大多数使用例题1的方法一,没有仔细分析,小灯泡要正常发光,加在其两端的电压是3.8V,此时的电流是0.5A,小灯泡的电阻是7.8′Ω,由于电源电压是6V,要小灯泡正常工作电路的总电阻是12′Ω,此时提供给我们的定值电阻R>12′Ω-7.8′Ω=4.2′Ω,所以采用方法一是不可行的,只能采用方法二。

解:(1)小灯泡断路;(2)A;(3)0.5A;(4)①实验电路图。

②实验步骤:第一步:根据电路图,闭合开关S,S接1,调节滑动变阻器,使电压表示数为3.8V;

第二步:保持滑动变阻器滑片位置不变,S接2,读出电压表示数U。

③数据处理:求出滑动变阻器连入电路中的电阻R=

通过灯泡的电流是Ie=;小灯泡的额定功率Pe=。

通过对以上两个例题的分析,我们可以发现和在处理没有电流表、只有电压表和定值电阻的配合测量小灯泡额定电功率的一般方法:(1)电源电压是否已知;如果未知优先采用方法一,表达比较简单点;(2)电源电压已知,先尝试一下方法一,注意检验在滑动变阻器接入电路电阻为0时,能否使小灯泡正常工作,如果能如果不能就采用方法二。

例3(2013扬州)在测“3.8V”小灯泡额定电功率实验中,由于没有电压表,提供已知阻值的电阻R,下列也能测出该灯泡额定功率的是(?摇 ?摇)

A B C D

分析:安阻法:电流表和定值电阻配合可以当做电压表使用。首先,要能够保证小灯泡正常发光,要加在电压表两端的电压是3.8V,只能是电流表和定值电阻串联后再与小灯泡并联,移动滑动变阻器的滑片,使电流表的读数为I=3.8V/R,然后再不改变滑动变阻器电阻情况下(不改变电路连接,使电压分配没有变化)使电流表测量出总电流I,这样通过小灯泡的电流是I=I-3.8V/R,这样就可以算出Pe=3.8V(I―3.8V/R)。所以只能选C。

以上列举的三个问题都是初中电学中比较难的问题,教师在中考复习的过程中要注重基础知识,但是又要合理整合进行系统梳理,做成学案和学生一起思考、一起归纳,最终实现有效提升,这样才能提高学生处理问题的能力。

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