用电器电功率的测量

一、 电压、电流表测电功率

从电功率公式P=UI和欧姆定律变换式R=U/I的比较可以看出，测量小电灯电功率的方法应该和伏安法测电阻的方法类似，只须用电压表测出小电灯的电压，电流表测出小电灯的电流即可.其电路也应相同，如图1所示.测量过程中要注意以下几点：

1. 小电灯的电功率随它两端电压的变化而变化.测量小电灯的额定功率时，应通过滑动变阻器使小电灯两端的电压等于额定电压，再测出小电灯在定额电压下工作的电流 ，最后运用公式P=UI算出小电灯的额定功率.测量小电灯的实际功率时，应通过滑动变阻器让小电灯两端的电压等于所要求的电压值.

2. 在《测量小电灯的功率》的活动中，进行了三次实验，其目的是为了观察研究小电灯两端的电压等于、高于、低于额定电压三种情况下的亮度和功率.在此却不能像测量电阻那样，把三次测量的平均值作为小电灯的功率，因为小电灯在不同电压下工作时的电功率不同，三次测量结果的平均值没有任何意义.

3. 结合欧姆定律公式I=U/R，电功率公式可以写成P=U2/R.从表象看测出小电灯的电阻R，将电阻、额定电压代入其中就可以知道额定功率.其实不然，在《测量小灯泡的电阻》的活动中，同学已经发现：灯丝的电阻并非固定不变，随温度升高而增大，即小灯泡在不同电压下工作时，电阻是不相同的，有时的差距还很大，由此算出的额定电功率，误差可能很大.显然，只有将小灯泡正常工作的电阻和额定电压代入公P=U2/R，算出来的才是小灯泡的额定功率.

例1在测定小灯泡额定功率的实验中（所用灯泡的额定电压U0/R=3.8V）.

（1）王强小组采用图2的方案，闭合开关后，发现无论怎样移动滑片P，灯都不亮，电流表示数始终为0，电压表示数约为6V，则电路中出现的故障可能是________；排除故障后，调节滑动变阻器，直到电压表的示数为3.8V，观察到电流表示数如图3所示，则小灯泡的额定功率为___________W.

（2）姚远小组设计了另一种实验方案（其中电源电压未知，电阻R的阻值已知）.

① 电路如图4所示；

② 开关S拨到位置1，移动滑片P至任一位置，读出电流表示数I1；

③ 开关S拨到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I2.

先算出灯泡的电阻RL=__________（请你用所测的物理量表示），再根据P0=U02/RL，计算灯泡的额定功率.他们按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，原因是_______仔细分析后，他们认为要准确测出灯泡的额定功率，只需将上述步骤改为__________.

解析1） 根据开关闭合后，电流表的示数为0、灯不亮，而电压表的示数约为6V，可确定电压表到电源两端没有断路，且电压表没有短路，小灯泡也没有短路；假如电流表短路，小灯泡不会不亮，则电路故障不是由电流表短路引起的.显然，电路中出现的故障是断路，位置为小灯泡处.故障排除后，从电流表刻度盘可知，小灯泡正常发光时，电流为0.30A，额定功率P =UI =3.8V ×0.30A =1.14W.

（2）如图4可知，开关S拨到位置1，灯泡L与电阻R并联，电流表示数I1为电阻R中的电流；开关S拨到位置2，仍旧为灯泡L与电阻R并联，电流表示数I2为电阻R与灯泡L的总电流；考虑到开关S由位置1拨到位置2时，滑片的位置未动，则灯泡的电流为I2-I1.根据并联电路的特点，有UL=UR，（I2-I1RL=I1/I2-I1R.

由于姚远的方案中滑片放在任一位置，灯泡两端的电压并非额定电压，此时灯丝的电阻和灯泡正常发光的电阻不相等，将此时的电阻值代入公式P0=U02，计算出的功率和灯泡的额定功率也不相等.

从前面讨论可以看出，姚远要准确地测出灯泡的额定功率，只要测出灯泡正常发光的电阻.根据电路知识，灯泡正常发光时，电阻R的电流为IR=UR/R=U0/R.显然，姚远只要将实验步骤②改为“开关S拨到位置1，移动滑片P，使电流表的示数为I1=U0/R”.

点评本题起点于教材，立意于能力，涉及电功率、欧姆定律、串并联电路特点、电阻等知识，电压表、电流表、变阻器等电路元件.这样的试题既能考查同学们的基础知识、基本技能，又能考查同学们灵活运用知识的能力，还渗透着分析评估等探究能力，必须关注.

二、 电能表测量电功率

用电能表量度出家用电器某段时间内消耗的电能，结合公式P=W/t可以测算出这种电器的电功率.使用电能表测量电功率时，必须注意几点：

1. 本方法是通过观察电能表转盘转动的圈数r（对电子式电能表，观察指示灯闪烁的次数n），来测量用电器消耗的电能.由于电能表的示数是以“kW•h”为单位，只能准确到0.1kW•h.显然，通过示数的变化来确定用电器消耗的电能多少，其误差可能很大.

2. 测量过程时，必须关闭除待测用电器之外的其它用电器.

3. 电冰箱这类间隙工作的用电器，应在它们正常工作时测量.

例2晓明家新买了一台电冰箱，使用中工作情况正常.

（1） 晓明想验证一下这台冰箱的铭牌上标的额定功率与它的工作时的实际功率是否相同，可身边又没有电压表、电流表等器材.怎么办呢？晓明想到屋外墙上自己家的电能表和手上戴的手表，主意有了！请你说出晓明的验证方法并推算出冰箱的实际功率的表达式.（已知电能表转盘每千瓦时的转数为r）

（2） 测出冰箱的实际功率后晓明又想，电冰箱是间隙工作的，它每天要消耗多少电能呢？请你帮他想一个办法，测出电冰箱一天消耗的电能.（要求说清楚测量方法，并推导出冰箱每天消耗电能的表达式）

解析（1） 关闭其它用电器，只有电冰箱工作.当压缩机工作时，记下一段时间t内电能表转盘转数r1；时间t内电冰箱消耗的电能W=r1/rkW•h；电冰箱的实际功率P=W/t=r1/rtkW.

（2） 记下电冰箱压缩机某次开始工作的时刻t1，停止工作的时刻t2，再开始工作的时刻t3.电冰箱一天的实际工作时间t=t2-t1/t3-t1 ×24h；电冰箱实际消耗的电能W=Pt=P(t2-t1/t3-t1)×24h=r1/rtkW•t2-t1/t3-t1×24h=24r1(t2-t1)/rt(t3-t1)kW•h.

点评本题以家用电器为背景，考查同学们应用物理知识解决实际问题的能力,体现了从生活走向物理、从物理走向社会的课程理念.另外，这样的试题还可以让同学们感悟到物理知识实在、有用，有益于物理情感的提升.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。