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  4. 测量电功率的实验滑动变阻器电压的测量,电压表的使用

小明按照如图所示的电路图连接好电路,测量一只额定电压为2.5V的灯泡的电功率,部分实验数据和现象如下表:(1)分析表中实验数据可知,所用电源电压约为___________V.(2)若小

一、题文

小明按照如图所示的电路图连接好电路,测量一只额定电压为2.5V的灯泡的电功率,部分实验数据和现象如下表:
(1)分析表中实验数据可知,所用电源电压约为___________V.
(2)若小明手边有“1.5A 50Ω”和“2.0A 20Ω”两种规格 的滑动变阻器,“0~3V”和“0~15V”两个量程的电压表,上面实验中他选用的滑动变阻器规格为___________,选用的电压表量程为__________.
(3)由于小明粗心大意,没有记录灯泡正常发光时电流表的示数,于是他根据第一次实验数据计算出灯泡电阻R=,再计算出灯泡两端电压为2.5V时的功率=1.25W.则灯泡的额定功率__________(填“>”“=”或“<”)1.25W.

考点提示:测量电功率的实验,滑动变阻器,电压的测量,电压表的使用

二、答案

(1)6
(2)“1.5A 50Ω” ;0~15V
(3) <

三、考点梳理

知名教师分析,《小明按照如图所示的电路图连接好电路,测量一只额定电压为2.5V的灯泡的电功率,部分实验数据和现象如下表:(1)分析表中实验数据可知,所用电源电压约为___________V.(2)若小》这道题主要考你对 测量电功率的实验滑动变阻器电压的测量,电压表的使用 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:测量电功率的实验,滑动变阻器,电压的测量,电压表的使用

考点名称:测量电功率的实验
  • 测量电功率实验的目的和原理:
    1. 实验目的:
    1)测定小灯泡额定电压下的电功率;
    2)测定小灯泡略高于额定电压下的电功率;
    3)测定小灯泡略低于额定电压下的电功率。

    2. 实验原理:P=UI
    应测量的物理量:小灯泡两端的电压U,和通过的电流I。

    3. 实验方法:伏安法
  • 伏安法测小灯泡的电功率:
    实验电路图
    实验器材电源、滑动变阻器、电压表、电流表、小灯泡、灯座、开关、导线若干
    实验步骤(1)按设计的电路图连接实物,并设计实验记录表格
    (2)检查电路无误后,闭合开关s,移动滑动变阻器的滑片P,观察电压表的示数。当电压表的示数等于小灯泡的额定电压时,停止滑动,并记下电流表的示数
    (3)调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压为额定电压的1.2倍,观察小灯泡的发光情况,并记下电压表和电流表的示数
    (4)调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压低于额定电压的1/5,观察小灯泡的发光情况,并记下电压表和电流表的示数
    (5)整理实验器材
    实验表格
    次数电压U(V)电流I(A)电功率P(W)灯泡亮度
    实验结论U=U,P=P,正常发光;
    U>U,P>P,比正常发光更亮;
    U<U,P<P,比正常发光更暗。
    注意事项(1)选择的器材规格要合适,例如滑动变阻器允许通过的最大电流要大于灯泡的额定电流;
    (2)连接电路时开关断开,滑动变阻器滑到阻值最大处;
    (3)使小灯泡的电压高于额定电压时,要注意观察电压表示数的变化,以免电压过高,烧坏小灯泡
  • 伏安法测电阻与测功率的异同点:
    测小灯泡的电功率测电阻
    相同点所测物理量灯泡两端的电压(U)和通过灯泡的电流(I)
    电路图
    连入电路时

    开关断开,滑动变阻器位于阻值最大处

    不同点原理P=UI
    计算公式P=UI
    滑动变阻器作用保护电路,控制灯泡两端电压保护电路,改变电路中的电流
    补充:
    (1)伏安法测功率。滑动变阻器的作用是保护电路和控制灯泡两端电压。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。
    (2)伏安法测定值电阻时,滑动变阻器的作用是保护电路和改变电路中的电流和电阻两端电压,因电阻阻值不变,这是为了多测几组对应的电压、电流值,多测几次电阻值,用多次测量求平均值来减小误差。
    (3)伏安法测小灯泡电阻时,由于灯丝电阻大小与温度有关。在不同的工作状态下,小灯泡温度不同。灯丝电阻也不同。因此测灯丝电阻时滑动变阻器的作用是为了保护电路和改变电路中的电流,不是为了多次测量求平均值。
  • “伏安法测功率”中常见故障及排除:
    “伏安法测功率”是电学中的重要实验。同学们在实验过程中,容易出现一些实验故障,对出现的实验故障又束手无策,因此,能够找出实验故障是做好实验的 “法宝”。下面就同学们在实验中易出现的故障从以下几方面进行分析。
    1.器材选择不当导致故障
    故障一:电流表、电压表指针偏转的角度小。
    [分析原因]①电压表、电流表量程选择过大;②电源电压不高。
    [排除方法]选择小量程,如果故障还存在,只有调高电源电压。实验中若电表指针偏转的角度太小,估读电流或电压时由于视觉造成的误差将增大。为了减小实验误差,选择量程时既不能使电表指针超过最大刻度,又要考虑到每次测量时应该使电表指针偏过刻度盘的中线。

    2.器材连接过程中存在故障
    故障二:电压表、电流表指针反向偏转。
    [分析原因]两表的“+”“-”接线柱接反了,当电流从“一”接线柱流入时,指针反向偏转,甚至出现指针打弯、损坏电表的情况。
    [排除方法]将两电表的“+”“-”接线柱对调。

    故障三:滑动变阻器的滑片滑动时,电表示数及灯泡亮度无变化。
    [分析原因]滑动变阻器连接有误,没有遵循“一上一下”的接线原则,把滑动变阻器接成了定值电阻。
    [排除方法]遵循“一上一下”原则正确连接滑动变阻器。

    故障四:滑动变阻器的滑片滑动时,电表示数都不变,灯泡极亮且亮度无变化。
    [分析原因]滑动变阻器的连接有误,没有遵循“一上一下”的接线原则,且滑动变阻器在电路中的阻值为零。
    [排除方法]遵循“一上一下”的原则正确连接滑动变阻器。

    故障五:刚接好最后一根导线,灯泡立即亮了。
    [分析原因]连接电路的过程中,开关没有断开。
    [排除方法]连接时注意断开开关,保护电路。

    3.元件损坏导致故障
    故障六:闭合开关后,灯不亮,电流表、电压表都没有示数。
    [分析原因]电路中存在开路:①接线柱接触不良; ②电路中电源、电流表、开关或变阻器可能损坏;③连接导线可能断开。
    [排除方法]可先把各接线柱拧紧,若还不行,用一根导线让各元件依次短路,找出故障位置。

    故障七:闭合开关,灯不亮,电流表几乎没有示数,电压表指针明显偏转。
    [分析原因]可能是灯泡灯丝断了或灯座与灯泡接触不良。
    [排除方法]更换灯泡或使灯座与灯泡接触良好。
  • 利用电能表和停表测家用电器的功率:
    1.  实验原理:

    2.实验设计思路:
        在家庭电路中,家用电器消耗的电能可以由电能表进行测量。每只电能表上标有该电能表上的转盘每千瓦的转数。例如,一只电能表标着3000r/(kW·h),这表示每消耗1kW·h的电能,电能表的转盘转3000 转。利用盘面上的这个参数可以测定家用电器的功率。

    3.实验步骤要测量某家用电器的功率,可只让它在电路中工作,将其他用电器关掉。观察电能表的转盘转过的转数N,同时用停表测出所用的时间t(s),若以上述电能表为例,则该电器的功率大小为=
        还有一种电子式电能表,其表盘上“n imp/(kW· h)”的含义是每消耗1kW·h的电能,指示灯闪烁n 次。若测得某用电器工作时间t内指示灯闪烁了N 次,则该用电器的功率为
考点名称:滑动变阻器
  • 定义:
        滑动变阻器是电路中的一个重要元件,它可以通过移动滑片的位置来改变自身的电阻,从而起到控制电路的作用。在电路分析中,滑动变阻器既可以作为一个定值电阻,也可以作为一个变值电阻。


    构造:
    滑动变阻器的构成一般包括接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分。

    符号:常用Rx表示,元件符号位
    结构示意图:
  • 工作原理:通过改变接入电路中电阻丝的长度,可以逐渐改变电阻。

    作用:改变电流、调节电压和保护用电器。

    使用方法:滑动变阻器一般串联在电路中。连接时应“一上一下”的把接线柱接人电路中。连接电路时应把滑动变阻器的滑片滑至阻值最大处。

    铭牌:观察滑动变阻器的铭牌,能够了解它的最大阻值和允许通过的最大电流。例如铭牌上标有 “20Ω  1.5A”的字样,说明该滑动变阻器的最大阻值是20Ω,允许通过的最大电流是1.5A。

    优缺点:
    优点:能连续地改变接人电路的电阻值;缺点:不能直接读出电阻值的大小。

  • 用滑动变阻器改变电流的方法
    1.根据实际需要对滑动变阻器进行选择。每个滑动变阻器都有规定的最大电阻值和允许通过的最大电流值,通过它的电流不能超过最大电流值。
    例如:滑动变阻器铭牌上的“20 Ω2A”是指滑动变阻器连入电路的最大阻值为20Ω,通过滑动变阻器的电流不能超过2A。
    2.滑动变阻器一般与被控制部分串联。
    3.为了保护电路,在闭合开关前要使滑片处于滑动变阻器阻值最大的位置。
    4.滑动变阻器在接入电路时必须采用两个接线柱 “一上一下”的连接方法。
    5.要使灯泡的亮度变亮,即需要使电路中的电流变大,则应该让滑动变阻器连入电路中的阻值变小。

    例:李明想用如图所示的器材,设计一个可以调节小灯泡亮度的电路。请你用笔画线代替导线,帮李明把图中的器材连接起来。要求:

    (1)滑动变阻器的滑片向右滑动时,灯泡的亮度变暗;
    (2)电流表测通过灯泡的电流(灯泡的电阻约为 10Ω),电压表测灯泡两端的电压。李明检查电路连接无误后,闭合开关,电流表和电压表示数如图甲、乙所示,则通过灯泡的电流是____ A,灯泡两端的电压是__V。

    解析:本题考查滑动变阻器、电压表、电流表的使用。由于电源为两节干电池,所以电压表的量程选择0~3V,灯泡的电阻约为10Ω,故电流表的量程选择0~0.6A。

    答案:电路图如下图0.26   2.4

    判断滑动变阻器阻值变化的方法:
        判断电路中滑动变阻器的阻值变化时,一要弄清滑动变阻器的哪部分被连入电路;二是要看清滑动变阻器滑片的移动方向。

    例1如图所示的是一种自动测定油箱内油面高度的装置,R是转动式变阻器,它的金属滑片P是杠杆的一端,下列说法正确的是(   )

    A.油量表是由电流表改装而成的
    B.R、R0在电路中是并联的
    C.油位越高,流过R的电流越大
    D.油位越高,R两端的电压越大

    解析:观察电路可知油量表显然不能是电流表,因为电流表是不能被并联在电路中的,这个油量表应该是电压表。两个电阻是串联在电路中的,油位越高,油量表的示数应该越大,通过电路冈可以看出油量表测的电压是转动式变阻器两端的电压,因此可以判断,油位越高电压越高。

    答案:D

  • 滑动变阻器的接法:
    限流式
    以下情况可选用限流式接法:
    ①待测用电器电阻接近滑动变阻器电阻(也可选用分压式接法)。
    ②简化电路,节约能源。


    分压式
    以下情况必须使用分压式接法:①待测用电器电阻远大于或远小于滑动变阻器电阻。②实验要求待测用电器电流及其两端电压可以由0开始连续变化(例如测小灯泡的伏安特性曲线)。③实验要求待测用电器电流及其两端电压可变范围较大。④采用限流式接法时,无论如何调节变阻器,电流、电压都大于对应电表的量程。
    串分压公式:U1/U2=R1/R2
    并分流公式:I1/I2=R2/R1

    实验室接法
    连接的方法有6种,分别为AC、AD、BD、BC、CD、AB。

    其中只有AC,AD,BD,BC这四种方法,也就是所谓的“一上一下”,可以改变阻值。剩下的两种不能改变阻值。
    具体情况如下:
    1.当导线接AD和AC时,滑片P向左移动时电阻变小,电流变大。当滑片P向右移动时,电阻变大,电流变小。
    2.当导线接BC和BD时,滑片P向左移动时电阻变大,电流变小。当滑片P向右移动时,电阻变小,电流变大。
    3.当划片接CD时,这时的电阻几乎为0.电流十分大。同时电阻的阻值不可以通过移动滑片P来改变,所以这时就相当于一个定值电阻。另外,如果这样直接接到电源上,就会发生短路。
    4.当划片接AB时。这时的电阻是最大的,那么通过的电流也很小。同时电阻的阻值也不可以通过移动滑片P来改变,也相当于一个定值电阻。
考点名称:电压的测量,电压表的使用
  • 电压表的使用方法,读数方法:(下表)

     项目

     电压表

    实物图

     符号

     

     接线柱

     有三个接线柱,分别是“-”、“3”和“15”,“-”表示负接线柱,“3”和“15”是两个正接线柱

     量程及分度值

     0~3量程,分度值为0.1V;0~15V量程,分度值是0.5V

     使用方法

    ①电压表必须与被测用电器并联
    ②要让电流从电压表的正接线柱流入,从负接线柱流出
    ③所测电压不能超过电压表的量程,若不能估测被测电压的大小,可用试触法来试一下
    ④绝对不允许不经过用电器直接把电流表接在电源的两极上,这样会烧坏电流表和电源

     读数方法

    ① 根据导线连接的接线柱判定电压表使用的是哪个量程
    ② 根据量程确定所对应的分度值
    ③ 根据指针位置正确读取电压表的示数,若指针不指在整刻度要适当估读
    ④ 记录数值时不要忘记写上单位

  • 电压表的特点:
       电压表内阻很大,接入电路后相当于开路。由于这个特点,电压表可以直接接到电源两端测量电源电压。如果电压表在使用过程中与用电器串联,电路就相当于开路了。

    例在做“练习使用电压表”实验时,小华把电压表接在了如图所示的电路中,小灯泡的规格为“1.2v 1.5w”,电池的电压为1.5V。闭合开关S后,小灯泡__(填“发光”或“不发光”),电压表的示数为__V。


    解析:从图中可以看出,电压表与灯泡串联了,由于电压表的电阻很大,所以通过灯泡的电流很小,可以认为是零,所以灯泡不会亮,根据串联电路的分压规律,电源电压基本上都分在了电压表两端,所以电压表的示数为电源电压。

    答案:不发光、1.5

    去源法判断电压表测哪部分电路的电压:
        去源法是指在分析电路中电压表测的是哪个部分电路两端的电压时,可先将电源去掉,然后进行分析的方法使用“去源法”时应注意,在去掉电源(即电源处断开)后,电压表与哪个部分电路组成回路,则电压表测的就是那部分电路两端的电压。

    例1:存图所示的电路中,闭合开关S,电压表是测量L1两端电压的正确电路是(   )

    解析:去掉电源后,会发现A、B、C中电压表均与L2构成回路;D中电压表与L1、L2均构成回路。
    答案:D
    点拨:所谓“构成回路”是指电压表与其他用电器之间有导线(包括开关)相连,没有断开之处。

  • 电压表的试触:
         在预先不能确定电压表应选择的量程时,应该采用“试触”的方法,即在合上开关时仅轻轻接触一下就断开,而不是一下子将开关合到底且长时间不断开。试触时,先选用较大的量程。
       “试触”的方法在电学实验中很重要,要掌握这种方法。在试触时还町以根据电压表指针的方向变化,判断哪端是电池的正极,哪端是电池的负极。将电压表与失去电极标识的电源两极相连,然后迅速试触。如果电压表指针正向偏转,说明与“+”接线柱相连的电极为正极,与“-”接线柱相连的电极为负极。如果电压表指针反向偏转,说明与电压表的“+”接线柱相连的电极为负极,与电压表的“-”接线柱相连的电极为正极。

    判断未知电表的方法:
        对电路中未知电表的判定是个难点,下面介绍几种常用的方法。
    1.短路法
        电流表和电压表是测量仪表,将它们接入电路中对电路结构不产生影响。电流表内阻很小,相当于一根导线;电压表内阻很大,相当于开路。因此可将要填电表的地方换成一根导线,若电路出现短路,则所要填的表应是电压表;若电路并未出现短路,则所要填的表应是电流表。
    2.去表法
        假设把电表从电路中去除,分析电路是否因此而受到影响。若其他元件不能正常工作,则电表一定是串联在电路中,应是电流表;若其他元件不受影响,则电表一定是并联在电路中,应是电压表。
    3.分析法
        对于连接方式已确定的电路,可以先观察电路的连接情况,再考虑电表的连接法则,即电流表应串联在电路中,电压表应并联在电路中,最后进行综合判断。
    例1如图所示电路中,a、b、c是电压表或电流表,其中(   )

    A.a、b为电流表,c为电压表
    B.a为电压表,b、c为电流表
    C.a为电流表,b、c为电压表
    D.c为电流表,a、b为电压表
    解析:在a、b、c三处分别换上一根导线,则在a处灯泡L1发生短路,所以a应为电压表,b、c处电路未出现短路,所以b、c处为电流表。
    答案:B
  • 由电压表示数判断电路故障:
    电路出现故障,一般有两种情况:
    (1)发生短路
    (2)发生断路。
    两种情况,电压表的示数都有可能是零或接近电源电压
    故障电压表示数出现故障的位置出现故障的原因用电器工作情况电路图
    短路与电压表并联的用电器发生短路导线两端电压为零部分用电器工作
    短路电压表的示数
    接近电源电压
    与电压表并联的用电器以外的用电器发生短路电源电压全部加在与电压表并联的用电器两端部分用电器工作
    断路与电压表并联的用电器以外的用电器发生断路电压表的接线柱 (至少有一个)没有与电源接通用电器不工作
    断路电压表的示数
    接近电源电压
    与电压表并联的用电器发生断路电压表、用电器与电源直接构成了一个通路用电器不工作

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