考点分析
测定“小灯泡的额定功率”及“实际功率”的实验是初中物理电学中教学的重点也是整个初中物理中最重要的实验之一,更是全国各省市各种考试中必考内容,虽难度不是很大,但考查的内容较多,特别是实验中的一些操作故障,对实验操作的评价,及缺少电表的设计性实验,即是重点又是难点。
基础考点突破:
(1)实验原理:P=IU,若测小灯泡的额定功率P额=IU额
(2)实验器材:电源、开关、导线、变阻器、电流表、电压表,待测小灯泡(共七个元件,七根导线)
(3)实验电路图与实物图连接如下图所示。
(4)在连接电路过程中,开关应是打开的,在闭合开关前,滑动变阻器应位于最大阻值处。
(5)滑动变阻器在测功率实验中作用是:改变待测灯泡两端电压及电路中电流从而进行多次测量(但小灯泡的功率不能求平均值),测定小灯泡的额定功率时是为了使待测灯泡两端电压达到额定电压;另一个作用是:保护电路各元件。
(6)在连接电路中常见的连接错误①所选电源不合适,如:在测额定功率实验中,电源电压低于待测小灯泡的额定电压。②变阻器连接错误,使之在电路中不起作用。③缺少实验元件。④电压表或电流表正负接线柱接反⑤电压表或电流表量程选择不合适。⑥电压表或电流表连接位置错误。
在实验中常出现的故障及判定
(1)开关闭合后若无论如何移动变阻器滑片发现电流及电压两表示数均不改变,则必是滑动变阻器接线柱错误,若两表示数均很小且不变,则必是变阻器整个电阻线连入了电路即变阻器连入了下面两个接线柱;若两表示数均很大且不变(如电压表示数接近电源电压)必是变阻器上面横杆两个接线柱连入了电路相当于短路;上述两种情况下滑动变阻器均不能改变阻值为错误连法。
(2)闭合开关后若发现两表指针均反转则必是电源正负接线柱接反了,若只一个表指针反转则必是此表正负接线柱反了;且应注意在电流表或电压表接入电路时可采用“试触法”选择合适的量程,并将指针调“0”后连入电路。
(3)若开关闭合后发现:无论如何移动滑动变阻器滑片,电压表示数均不变,而电流表示数正常改变则必是电压表与电源并联了;若发现电压表随变阻器阻值增而增大,减而减则必是电压表与滑动变阻器并联了;在测小灯泡额定功率实验中若发现无论如何移动滑动变阻器滑片电压表示数都不能达到待测灯泡的额定电压则必是:电源电压低于待测灯泡的额定电压。
(4)在测小灯泡功率实验中发现:小灯泡不发光,电流表无示数,电压表示数接近或等于电源电压则必是灯L处发生了开颅(包括灯丝断了或接线柱接处不良)。
(5)若S闭合后,没有移动变阻器的滑片就发现:两表示数均较大,或发现小灯泡发光很亮则必是开关闭合前,滑片P没有移动到最大阻值处;若刚连好最一根线小灯泡就立即发光,且较亮,故障可能是:连接电路过程中开关没有断开,且变阻器的滑片P没有调到最大阻值处。
(6)若实验过程中闭合开关,发现电流表无示数而电压表有示数则可能是电流表有短路或与电压表并联的电阻或灯泡发生了断路;若电流表有示数而电压表无示数可能是:电压表或与电压表并联的灯泡或电阻发生了短路,还可能是电压表自身发生了断路;若闭合开关两表均没有示数灯泡也不发光,此时应先移动滑片P观察电路的电表及小灯泡的工作情况,如仍均不能工作可能是滑动变阻器或开关等位置发生了断路。
实验中电源及电流表与电压表量程及滑动变阻器的选择
(1)在测小灯泡功率实验中电源电压应稍大于待测灯泡的额定电压。
(2)电流表量程选择:应使所选量程大于或等于电路中最大工作电流;电压表量程选择,应使所选量程稍大于或等于电源电压或待测小灯泡额定电压。
(3)在实验中若要求两表读数尽可能准确或要求每次实验指针均要过刻度盘中线,两表一般均选择小量程连入电路。
(4)滑动变阻器如果给出多种规格,应根据串联电路中电阻之比等于电压之比,根据变阻器的分压值选择阻值合适的变阻器(通常所选变阻器的最大阻值为待测电阻的2-3倍即可),且同时还应注意电路中的最大电流不能超过所选变阻器的最大允许电流。
(5)在对电流表或电压表读数时应首先确定其量程,再进行读数并代入各自公式进行相应的计算,在测小灯泡额定功率时,若电压表示数没有达到额定电压应继续移动滑动变阻器只到电压表显示额定电压再记下此时相应电流表示数代入P额=IU额即可。
(6)在测小灯泡的功率实验中若发现小灯泡两端的电压与电流的比值即小灯泡的电阻不是定值,原因是:小灯泡的电阻受温度影响或小灯泡的电阻随温度升高而增大。
(7)如下图如给出了多个开关,有滑动变阻器和已知电阻R0,测量额定电流已知的小灯泡的额定功率,电路图通常采用下图的方法:步骤是:先闭合开关S和S1移动滑片使电流表示数为U额/R0,然后再闭合S和S2保持滑片不动,记下此时电流表的示数为I2,则两次电流之差即为待测灯泡的额定电流即可得出灯泡的P额。
注:如果实验中给出了一个已知电阻R0和待测灯泡的额定电压,及滑动变阻器要求只用电压表测量灯泡的额定功率,同时给了多个开关,或给出一个单刀双掷的开关不用电流表只用电压表可按照下图所示的实验方法测量灯泡的额定功率。