资源描述
课时训练(二十一) 电功率、焦耳定律相关实验
(限时:45分钟)
1.[2019·荆门]为了测量一个小灯泡的额定功率和电阻,现提供的器材如下:
A.小灯泡一个(额定电压为2.5 V,阻值约几欧)
B.电流表(0~0.6 A和0~3 A)
C.电压表(0~3 V和0~15 V)
D.滑动变阻器(10 Ω 1 A)
E.滑动变阻器(50 Ω 0.3 A)
F.滑动变阻器(500 Ω 0.1 A)
G.电源(3 V)
H.导线若干
(1)滑动变阻器应选 。(填器材前的序号)
(2)选出合适的滑动变阻器后,按如图K21-1甲所示的电路,将图乙中的实验器材用导线连接起来,其中有一处连接错误,错误的地方是 。
图K21-1
(3)改正错误后,移动滑片,读取多组电压表的示数U、电流表示数I的值,记录在表格中,然后在坐标纸上描点作出I-U关系图像,如图丙所示。
(4)通过图丙可得小灯泡的额定功率为 W,此时电阻为 Ω。
2.[2019·包头]在测量小灯泡的电功率时,电源电压为3 V,小灯泡上标有“2.5 V”字样。
(1)在如图K21-2甲所示的电路中,闭合开关,移动滑片P,发现小灯泡不亮,电流表无示数,电压表有示数,原因是 ,经分析有一根导线连接错误,请在连接错误的导线上打“×”,并补画出一根导线连接成正确的电路。
图K21-2
(2)电路连接正确后,从滑动变阻器接入电路的最大阻值开始记录数据,得到小灯泡的I-U图像如图乙所示,则小灯泡的额定功率是 W。由图乙可知,小灯泡的实际功率随实际电压的增大而 ,滑动变阻器的规格应选择 (填字母序号)。
A.10 Ω 1 A B.15 Ω 1 A
C.25 Ω 1 A D.30 Ω 1 A
(3)有同学认为利用该电路还可以探究出导体中电流和导体两端电压成正比,你认为这种说法 (选填“合理”或“不合理”),理由是 。
3.[2018·南京] 两只铭牌模糊的小灯泡L1、L2,仅能看清分别标有“0.3 A”和“0.5 A”字样。
(1)图K21-3甲是小明测量小灯泡L1额定功率时连接的实物图。
图K21-3
①图中有一根导线连接错误,请在这根导线上打“×”,并在图中改正。
②闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于 (选填“A”或“B”)端。
③闭合开关,电流表示数为0.1 A,移动滑片P,通过观察 表的示数来判断小灯泡是否正常发光,小灯泡正常发光时,电压表的示数如图乙所示,则小灯泡L1的额定功率为 W。
(2)小华利用图丙所示的电路测出了小灯泡L2的额定功率,请在虚线框内补上小灯泡、电压表和定值电阻R(阻值已知)这三个元件的符号,使电路完整,实验操作方便。
4.某实验小组的同学在进行“测量小灯泡的额定功率”的实验中,现有器材:电源(电压为6 V),开关、电压表、电流表各一个,导线若干,额定电压为3.8 V的待测小灯泡(电阻约为12 Ω),滑动变阻器两个(A:“5 Ω 2 A”;B:“20 Ω 0.5 A”)。
(1)该实验的原理是 ;实验中,应选用的滑动变阻器是 (选填“A”或“B”)。
(2)如图K21-4甲所示是小田同学连接的实物电路图,图中只有一根导线连接错误,请你在图中用“×”标出这根错接的导线,并只改接一根导线使电路成为正确的电路。(不能与其他导线交叉)
图K21-4
(3)小田确认电路连接无误后闭合开关,无论怎样移动滑动变阻器的滑片,小灯泡始终不发光且电压表的示数都接近电源电压,则电路的故障可能是 。
(4)排除故障后,移动滑动变阻器的滑片,并绘制出了通过小灯泡的电流随其两端电压变化的图像,如图乙所示,则该小灯泡的额定功率为 W。
(5)该组的另一位同学接着做实验时,发现电压表0~15 V量程已经损坏,0~3 V量程还可以正常使用,在不添加器材的情况下,为了测出该小灯泡的额定功率,请你在图丙所示的虚线框内画出正确的电路图。
(6)由图乙可知:小灯泡的实际电压是额定电压一半时的电功率为P1,小灯泡的实际电流是额定电流一半时的电功率为P2,则P1 (选填“大于”“小于”或“等于”)P2。
5.[2018·内江] 在测量“小灯泡的额定功率”的实验中,实验室提供的实验器材有:
A.电源(电压恒为4.5 V)
B.电流表A1(量程为0~0.6 A,内阻为0.5 Ω)
C.电流表A2(量程为0~3 A,内阻为0.2 Ω)
D.电压表V1(量程为0~3 V,内阻为3 kΩ)
E.电压表V2(量程为0~15 V,内阻为1 kΩ)
F.滑动变阻器R(阻值0~10 Ω)
G.定值电阻R0=800 Ω
H.待测小灯泡L(额定电压为3.8 V,额定功率约为1.2 W)
I.开关S一个,导线若干
实验要求:既要保证电路安全,又要提高测量精确度;为了减小误差,测量时电表示数应大于量程的13。则:
(1)根据实验要求,电流表应选 ,电压表应选 。(均选填器材前的字母代号)
(2)根据实验要求,在图K21-5甲所示的虚线方框内画出实验电路图。(其中部分电路已画出)
图K21-5
(3)根据实验电路图,请用笔画线代替导线,将图乙所示的实验器材连接起来使之成为实验电路。(其中部分导线已连接好)
(4)在闭合开关前,滑动变阻器的滑片应滑到 (选填“a”或“b”)端;正确连接实验电路后,闭合开关试触时,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表有示数,仔细检查电路各部分均接触良好,其原因可能是 。
6.[2019·海南]在测量小灯泡电功率的实验中,已知灯泡额定电压U额=2.5 V,电源电压保持不变。
(1)请用笔画线代替导线把图K21-6甲电路连接完整。
图K21-6
(2)调节滑动变阻器,使电压表示数为2.5 V,此时电流表示数(如图乙所示)为 A,则小灯泡的额定功率为
W。
(3)如果没有电压表,用如图丙所示电路也可测出小灯泡的额定功率。其中,定值电阻的阻值为R0。先断开开关S2,闭合开关S、S1,调节滑动变阻器,使电流表的示数为U额R0;再保持滑动变阻器滑片的位置不变,只断开开关 ,闭合其他开关,读出电流表示数为I,则灯泡额定功率的表达式为P额= (用R0、U额、I的代数式表示)。
7.[2019·河南]在“探究小灯泡在不同电压下工作时的电功率是否相同”的实验中,实验室提供了如下器材:电源电压U恒为8 V,滑动变阻器规格为“20 Ω 2 A”,小灯泡的额定电压U额=2.5 V、额定功率小于1.2 W,两个阻值分别为10 Ω、20 Ω的定值电阻R0可供选择。
(1)为使小灯泡两端电压有一较大的调节范围,小聪设计了如图K21-7甲所示的电路,请用笔画线代替导线,完成图乙中实物电路的连接。
图K21-7
(2)正确连接电路后,进行实验,记录的实验数据如下表所示。当电压表示数为2.5 V时,电流表示数如图丙所示,则小灯泡的额定功率为 W。
实验次数
物理量
1
2
3
4
5
电压/V
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
电流/A
0.24
0.32
0.38
0.44
电功率/W
(3)分析表中数据可得出结论:小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而 。根据表中数据还可以判断出,小聪在实验中选用的是R0= Ω的定值电阻。
(4)完成实验后,爱动脑筋的小聪又想出一种测量小灯泡额定功率的方法,设计了如图丁所示的电路,所用电压表量程为“0~15 V”,请将以下实验步骤补充完整。
①检查电路无误后,闭合开关S,将开关S1拨至“1”,调节滑动变阻器滑片直至电压表示数为 ;
②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,读出电压表示数为U0;
③小灯泡的额定功率P额= 。(用U额、U0、R0表示)
若步骤②中,在将开关S1拨至“2”时,不小心将滑动变阻器滑片向右移动了少许,其他操作正确,则测出的小灯泡额定功率比真实值 (选填“偏大”或“偏小”)。
8.在“测量小灯泡额定功率”实验中,小灯泡的额定电压U额=2.5 V。
(1)图K21-8甲是测量小灯泡额定功率的实物电路图,图中有一根线连接错误,请在这根线上打“×”,并在图中改正。
图K21-8
(2)闭合开关前,滑片P应位于 (选填“A”或“B”)端。
(3)闭合开关,移动滑片P直到电压表示数为2.5 V,此时电流表示数如图乙所示,则小灯泡的额定功率为
W。
(4)小华设计了如图丙所示的电路也完成了该实验,请完成下列填空(电源电压不变,R1和R2为滑动变阻器,R2的最大电阻为R0)。
①只闭合开关 ,只调节R2,使电压表的示数为2.5 V;
②只闭合开关 ,只调节 ,使电压表的示数为2.5 V;
③接着将R2的滑片P调至最左端,记下电压表的示数为U1;再将R2的滑片P调至最右端,记下电压表的示数为U2,则小灯泡额定功率的表达式P额= (用U额、R0、U1、U2表示)。
9.[2019·长春]在“探究电流产生的热量与哪些因素有关”的实验中:
图K21-9
(1)如图K21-9所示,两个密闭的透明容器中装有相等质量的空气,两个容器中的电阻丝R1、R2(R1<R2)串联接到电源两端。电阻丝R1和R2串联的目的是保证 相同,U形管中液面高度的变化反映 。
(2)通电10 s,观察到图中两侧U形管中液面高度的变化不同,这说明:电流产生的热量与 有关。
(3)在探究电流产生的热量与电流的关系时,将一段导线与电阻丝R2并联,通电10 s,左侧U形管中液面高度的变化比(2)中左侧U形管中液面高度变化 (选填“大”或“小”)。
10.为探究电流通过导体产生热量的多少与导体电阻的关系,小柯用如图K21-10甲所示装置进行实验,图中两个250 mL的同规格烧瓶内装有等体积的煤油,瓶塞上各插一根同规格的玻璃管,瓶内连接的电阻丝的阻值分别为5 Ω和10 Ω。
(1)①连接好电路,将滑动变阻器的滑片移至 (选填“A”或“B”)端,分别标记两烧瓶内玻璃管中液面的起始位置。②闭合开关,通电t0时间后,分别标记此时两烧瓶内玻璃管内液面的位置。③比较发现10 Ω电阻丝所在烧瓶内玻璃管中液面上升更高。
图K21-10
(2)在电流和通电时间相同的情况下,电阻越大,电流产生的热量 。
[拓展](3)方案一:在前一次实验后,待玻璃管中的液面回到起始高度后,按小柯的实验步骤②再次进行实验,比较两玻璃管内液面上升情况,得出结论。
(4)方案二:用图乙所示装置替换图甲中对应装置(图乙中两个烧瓶规格相同,容积都为500 mL),按小柯的实验步骤①②进行实验,得出结论。
(5)以上两种方案,你认为可行的有 。
11.[2019·黄石](1)为探究影响电阻大小的因素,甲同学利用同一种合金材料的a、b、c三条电阻丝进行实验,a、b长度相同,b、c粗细相同,如图K21-11甲所示。连接电路,分别接通a、b、c,电流表的三次示数如图乙所示,根据示数可以得出以下结论:
图K21-11
①比较a、b两次电表示数,可以得出电阻大小跟导体 有关。
②比较b、c两次电表示数,可以得出电阻大小跟导体 有关。
③由实验可以得出:三个电阻丝的阻值Ra、Rb、Rc从大到小关系是 。
(2)乙同学利用这套实验器材试图对电热与电阻的关系进行探究:
①考虑到没有计时工具,他用小木棍蘸取等量蜡烛油分别粘放在a、b、c电阻丝的中点处,然后使a、b、c电阻丝能同时通电发热。乙同学是想利用 来反映电阻丝发热量的大小。
②乙同学选择的电路图如图丙所示,采取的是三个电阻丝 (选填“串联”或“并联”)的连接方式,请你将未完成的电路连线补充完整。
③接通电路,观察到三个电阻丝上的小木棍掉落的先后顺序是 。
结合实验现象和甲同学实验得到的电阻大小关系,乙同学推测出:通电时间相同的情况下,电阻大的电阻丝产生的电热 (选填“多”或“少”),发现该结论与已学的焦耳定律不符。请你帮助他进行解释:在相同的通电时间内,当 时,电阻大的电热就多;当 时,电阻大的电热就少。
【参考答案】
1.(1)D
(2)电流表量程选择错误,应选用0~0.6 A的量程
(4)1.25 5
[解析](1)小灯泡的额定电压为2.5 V,电源电压为3 V,滑动变阻器分得的电压为3 V-2.5 V=0.5 V,由于小灯泡的阻值约为几欧,则根据串联电路电压与电阻的关系,滑动变阻器的电阻约为几欧,故选D。(4)由图丙可知,当灯泡两端的电压为2.5 V时,通过灯泡电流I=0.5 A,则灯泡的额定功率为P=UI=2.5 V×0.5 A=1.25 W;此时灯泡电阻RL=UI=2.5V0.5A=5 Ω。
2.(1)电压表串联在电路中 如图所示
(2)0.625 增大 C
(3)不合理 灯丝电阻是变化的,无法得到电流与电压成正比
[解析](1)由图甲可知,电压表串联在了电路中,会造成电路中的电阻非常大,电流非常小,几乎为零,应将电压表并联在小灯泡两端。(2)由图乙可知,当灯泡两端电压为2.5 V时,电路中的电流为0.25 A,则灯泡的额定功率为PL=ULIL=2.5 V×0.25 A=0.625 W。由图乙可知,灯泡的实际功率随两端电压的增大而增大。由图乙可知,滑动变阻器接入电路的阻值最大时,电路中的电流为I=0.1 A,此时灯泡两端的电压为UL'=0.5 V,则滑动变阻器两端的电压为UR=U-UL'=3 V-0.5 V=2.5 V,由I=UR可知滑动变阻器的最大阻值为R=URI=2.5V0.1A=25 Ω,故C符合题意。
(3)由图乙可知灯泡电阻是变化的,不能利用该电路得到导体电流与导体两端电压成正比的结论。
3.(1)①如图所示
②B ③电流 0.75
(2)如图所示
[解析] (2)在没有电流表的情况下,应将电压表和定值电阻并联,先闭合开关S、S1,调节滑片P使电压表示数为ILR,断开S1,闭合S、S2,保持滑片位置不动,读出电压表示数为U,则UL=U-UR=U-ILR,则PL=ILUL=IL(U-ILR)。
4.(1)P=UI B
(2)如图所示
(3)小灯泡断路
(4)1.14
(5)如图所示
(6)大于
[解析] (1)小灯泡正常发光时的电流约为IL=ULRL=3.8V12Ω≈0.3 A;小灯泡正常发光时要求滑动变阻器接入电路的电阻为R滑=UIL-RL=6V0.3A-12 Ω=8 Ω>5 Ω,故选滑动变阻器B。
(3)小灯泡不发光,说明电路中可能出现了断路;电压表的示数接近电源电压,说明电压表的正、负接线柱与电源的正、负极连接正常,故电路故障为小灯泡断路。
(5)可以用电压表0~3 V量程并联在滑动变阻器两端,当电压表示数为2.2 V时,小灯泡正常发光。
(6)由图乙可知,当小灯泡的电压是额定电压3.8 V的一半时,即1.9 V时,通过灯泡的电流约为0.2 A,则P1=U1I1=1.9 V×0.2 A=0.38 W;当小灯泡的实际电流是额定电流0.3 A的一半,即0.15 A时,灯泡两端的电压为1 V,则P2=U2I2=1 V×0.15 A=0.15 W。故P1>P2。
5.(1)B D
(2)如图所示
(3)如图所示
(4)b 灯泡断路
6.(1)如图所示
(2)0.28 0.7
(3)S1 U额I-U额R0
[解析](1)由图甲知,滑动变阻器滑片在最右端,则只需用一条导线将滑动变阻器左下端的接线柱连接到小灯泡右端的接线柱即可。(2)由图乙知,电流表使用的量程是0~0.6 A,则示数为0.28 A,由P=UI,计算出小灯泡的额定功率为P额=U额I额=2.5 V×0.28 A=0.7 W。(3)根据实验原理P=UI,为了得出小灯泡的额定功率,需要知道的数据是U额和I额;当断开开关S2,闭合开关S、S1时,定值电阻R0与小灯泡并联接在电路中,电流表测通过R0的电流I0,由题意知,调节滑动变阻器滑片,当灯泡正常发光时,I0=U额R0(此式表明电阻R0与小灯泡两端的电压均为U额);保持滑动变阻器滑片的位置不变,可通过断开S1,闭合S和S2,则电流表测通过R0和小灯泡的总电流I,然后再利用并联电路的电流规律得出通过小灯泡的电流,根据题意可得出I额=I-U额R0,所以灯泡额定功率的表达式为P额=U额I额=U额I-U额R0。
7.(1)如图所示
(2)1.05 (3)增大 10
(4)①5.5 V ③U额·U0R0
偏小
[解析](1)小灯泡的额定电流约为I=PU=1.2W2.5V=0.48 A<0.6 A,则电流表选择0~0.6 A的量程;小灯泡、R0及滑动变阻器串联。故将电流表的“0.6”接线柱与电源的正极连接,小灯泡的左接线柱与R0的左接线柱连接即可。(2)由(1)可知,电流表选择0~0.6 A的量程,分度值为0.02 A,故示数为0.42 A,则小灯泡的额定功率为P额=U额I额=2.5 V×0.42 A=1.05 W。
(3)由表中数据可知,随着灯泡两端电压的增大,电流也增大,根据P=UI可知,小灯泡消耗的电功率增大,即小灯泡工作时,消耗的电功率随电压的增大而增大。由表中数据可知,第5次实验时电流最大,此时电路总电阻最小,由I=UR可得,第5次实验时电路总电阻为R总=UI5=8V0.44A≈18.2 Ω<20 Ω,已知定值电阻R0的阻值为10 Ω或20 Ω,因R总=RL+R0+R滑,故小聪在实验中选用的是R0=10 Ω的电阻。
(4)要测量小灯泡的额定功率,需使小灯泡两端的电压等于其额定电压,所以实验步骤如下:①闭合开关S,将开关S1拨至“1”,小灯泡、R0和滑动变阻器串联,电压表测R0和滑动变阻器两端的电压之和,调节滑动变阻器的滑片,小灯泡正常发光时,应使电压表的示数为UV=U-U额=8 V-2.5 V=5.5 V;②滑片不动,再将开关S1拨至“2”,电压表测R0两端的电压U0,此时电路中的电流即为小灯泡的额定电流I额=U0R0;③小灯泡的额定功率为P额=U额I额=U额·U0R0。
若步骤②中将开关S1拨至“2”时,滑片向右移动少许,滑动变阻器接入电路的阻值变大,根据串联分压知识可知,滑动变阻器两端的电压变大,定值电阻R0两端的电压U0变小,根据P额=U额I额=U额·U0R0可知,测出的小灯泡的额定功率比真实值偏小。
8.(1)如图所示
(2)B (3)0.65
(4)①S、S1 ②S、S2 R1 ③U额2(U1-U2)U2R0
9.(1)电流 电阻丝产生的热量的多少
(2)电阻 (3)大
[解析](1)由于串联电路中电流处处相等,所以两电阻丝串联的目的是保证通过两电阻丝的电流相同,由气体热胀冷缩的性质可知,电热丝产生的热量越多,气体吸收的热量越多,体积膨胀得越大,U形管中液面高度的变化越大,所以通过U形管中液面高度的变化能够反映电阻丝产生的热量的多少。(2)通电时间相同,两电阻丝串联,通过的电流相同,而两电阻丝的阻值不同,U形管中液面高度的变化不同,说明电阻丝放出的热量不同,这说明电流产生的热量与电阻有关。(3)由题意可知,将一段导线与电阻丝R2并联,则通过电阻丝R1的电流大于(2)中通过电阻丝R1的电流,所以通电相同的时间内,左侧U形管中液面高度的变化比(2)中左侧U形管中液面高度变化大。
10.(1)①B (2)越多 (5)方案二
11.(1)①横截面积(或粗细) ②长度
③Ra>Rb>Rc
(2)①小木棍掉落的时间 ②并联 如图所示
③c、b、a
少 电流相同(或串联) 电压相同(或并联)
[解析](2)①用小木棍蘸取等量蜡烛油分别粘放在a、b、c电阻丝的中点处,然后使a、b、c电阻丝能同时通电发热,吸热多的蜡烛油先熔化,则小木棍先掉落,因此可利用小木棍掉落的时间来反映电阻丝发热量的大小。②由图丙可知,三个电阻丝并联接入电路。③已知三个电阻丝阻值从大到小关系是Ra>Rb>Rc,由Q=W=U2Rt可得,三个电阻丝产生的热量关系为Qc>Qb>Qa,所以观察到小木棍掉落的先后顺序是c、b、a。由乙同学的实验可得出:通电时间相同的情况下,电阻大的电阻丝产生的电热反而少了,在相同的通电时间内,当通过电阻的电流相同时,电阻大的电热就多;在相同的通电时间内,当电阻的电压相同时,电阻大的电热就少。
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