18.3 测量电灯泡的电功率

学习目标导航

1.知道用伏安法测定小灯泡电功率的原理。

2.会用伏安法测量小灯泡的实际功率和额定功率，进一步练习使用电流表、电压表和滑动变阻器。

3.通过实验，知道小灯泡的电功率随它两端电压的变化而变化的规律。

4.认识用电器正常工作与不正常工作对用电器的影响，培养科学使用用电器的意识。

相关知识链接

1.电功率的计算公式：P=UI。由公式可知，测量出用电器两端的电压和通过用电器的电流，就可知道用电器的实际功率。

2.额定电压是指用电器正常工作时的电压，用电器在额定电压下工作时的电功率叫做额定功率。

3.连接电路的过程中，开关应断开；闭合开关前，滑动变阻器的滑片应滑到最大阻值处。

知识点一 伏安法测量小灯泡的电功率

【实验目的】

学习用电压表和电流表测量小灯泡的额定功率和实际功率，并加以比较。

【实验原理】

要测量小灯泡的电功率，根据电功率公式P=UI可知，可以用电压表测出小灯泡两端的电压，用电流表测出通过小灯泡的电流，电路图如图18-3-1所示。

【实验器材】

电源、滑动变阻器、电压表、电流表、小灯泡、开关、导线若干。

【设计并进行实验】

（1）连接好实验电路，连接电路时，开关处于断开状态，滑动变阻器的滑片置于最大阻值处。（防止电流过大，烧电元件。）

说明

①连接电路时，电压表的量程要参照小灯泡的额定电压来选择，若小灯泡的额定电压为2.5V，则应选0~3V的量程；若小灯泡的额定电压为3.8V，则应选0~15V的量程。电流表的量程应根据小灯泡的额定电流来选择，如果小灯泡的额定电流未知，则要选0~3A的量程，并采用试触的方法判断，一般小灯泡（1.2V~3.8V）的额定电流都小于0.6A。

②连接电路时，开关要断开，防止由于电路连接错误而损坏电路元件。

（2）检查电路连接无误后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压等于额定电压，记录电压表与电流表的示数，观察并记录小灯泡的发光情况。

（3）调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压低于小灯泡的额定电压，记录电压表与电流表的示数，观察并记录小灯泡的发光情况。

（4）调节滑动变阻器的滑片，（调节滑片时，眼睛要观察电压表示数，以免电压过高烧坏灯泡。）使小灯泡两端的电压约为额定电压的1.2倍，记录电压表与电流表的示数，观察并记录小灯泡的发光情况。

（5）整理好实验器材。

【数据记录与处理】

用公式P=UI计算出小灯泡的额定功率和实际功率，记录在下表中。

说明

数据记录表中要有“小灯泡亮度”这一列，而没有“电功率平均值”这一列，多次测量的目的是寻找不同电压下电功率的特点。

【分析与论证】

①分析表格中的实验数据后发现小灯泡两端的实际电压越高，小灯泡的实际功率越大，小灯泡发光越亮。可见，小灯泡的亮度直接由它的实际功率决定。

②小灯泡两端的实际电压只有在不高于额定电压时，才处于安全使用状态。

③小灯泡的实际功率有多个，额定功率只有一个。

【实验结论】

①当实际电压等于额定电压时，小灯泡的实际功率等于额定功率P额≈0.78W，小灯泡正常发光。

②当实际电压低于额定电压时，小灯泡的实际功率小于额定功率，小灯泡发光较暗。

③当实际电压高于额定电压时，小灯泡的实际功率大于额定功率，小灯泡发光较亮。

注意

伏安法测小灯泡电功率与伏安法测电阻阻值的异同

相同点：①实验电路基本相同，可采用同一电路；②实验方法相同，都是伏安法；③测量的物理量相同，都测量电流Ⅰ和电压U。

不同点：①实验原理不同，测小灯泡电功率的实验原理是P=UI，测电阻阻值的实验原理是R=U/I；②数据处理方式不同，测电阻阻值时需多次测量，最后求平均值以减小实验误差，而测小灯泡电功率时也需多次测量，但不能求平均值，而是寻找不同电压下的电功率有什么规律。

（1）连接电路时要遵循“开关先断开、正确选量程、接线要正确、滑片至最大”的原则。

（2）实验过程中要遵循“手移滑片、眼看指针、读准数据、记下现象、求出功率、学会分析”的原则。

知识点二 实验中电路故障的分析

注意

（1）电流表的内阻很小，有电流表的地方，我们可看成“短路”；电压表的内阻很大，有电压表的地方我们可看成“断路”。

（2）正确连接滑动变阻器的原则是“一上一下”选择接线柱，调节原则是“远下电阻大，近下电阻小”。若闭合开关后，小灯泡很暗且移动滑片时，小灯泡的亮度不变，则可能是将滑动变阻器下面的两个接线柱接入了电路；若闭合开关后，小灯泡很亮且移动滑片时小灯泡的亮度不变，则可能是将滑动变阻器上面的两个接线柱接入了电路。

知识点三 用电能表测量用电器的电功率

1.测量原理

用电能表测出用电器在某段时间内消耗的电能，利用停表或手表测出消耗这些电能所用的时间，然后利用公式P=W/t进行计算。

2.实验器材

电能表、停表（或手表）待测用电器。

3.测量方法

（1）记下电能表每消耗1kW·h电能时，电能表铝盘转过的转数N。

（2）关闭其他用电器，只让待测用电器工作。(使用电能表测用电器的电功率时,这一步不能省略。)

（3）用停表或手表测量待测用电器工作时电能表铝盘转过n转所用的时间t

（4）计算待测用电器的实际功率。电能表的铝盘转n转所消耗的电能为W=n/N kW·h=n/N×3.6×106J 。则用电器的实际功率为P=W/t=（n/N×3.6×106J ）/t。

实验设计思路

家庭电路中，家用电器消耗的电能可以用电能表进行测量。每只电能表上都标有电能表工作时的参数。例如，一只电能表标着600revs/（kW·h），这表示每消耗1kW·h的电能，电能表的转盘转过600转。利用盘面上的这个参数可以测定家用电器的电功率。

【例1】夏天的傍晚打开标有“PZ22V—40W”字样的台灯时，发现台灯比平时要暗。

小金猜想：是灯丝升华造成的，由于灯丝升华，横截面积变小，电阻变大，台灯两端电压不变，台灯功率变小，因此变暗了。

小徐猜想：是电路的负荷增大造成的，傍晚天气热开了空调，电路的负荷增大了，总电流变大，输电线上有电阻，导致台灯两端电压降低，而灯丝电阻不变，台灯功率变小，因此变暗了。

（1）小金为了验证自己的猜想，他用新的相同规格的灯泡替代原来的灯泡，灯泡亮度与原灯泡亮度基本一样，说明小金的猜想是_______（选填“正确”或“错误”）的。

（2）为了验证小徐的猜想是否正确，请你写出简便操作的验证方案：_____________。如何判断？______________。

【解析】（1）新的灯泡灯丝未升华，但亮度与原灯泡基本一样，故台灯功率变小不是由灯丝升华造成的，小金的猜想错误。（2）小徐猜想是由电路负荷增大造成的，那就在清晨用电量较少时打开台灯，观察台灯亮度。若台灯亮度较亮，则小徐的猜想是正确的；若台灯亮度不变，则小徐的猜想是错误的。

【答案】（1）错误（2）在清晨用电量较少时打开台灯，观察台灯亮度，若台灯亮度较亮，则小徐的猜想是正确的；若台灯亮度不变，则小徐的猜想是错误的。

易误点二 根据实验要求选择合适的仪器及电流表（或电压表）的量程。

【易误点辨析】根据实验要求选择合适的仪器及电流表（或电压表）的量程是易错知识点之一。易出错的原因之一是对各仪器的规格及仪器上参数的物理意义不明确，如灯泡上标有“3.6V 0.32A”，表示该灯泡的额定电压为3.6V，额定电流为0.32A，即电路中的电流超过0.32A灯泡就有被烧坏的可能；滑动变阻器上标有“10Ω 1A”，表示该滑动变阻器的最大阻值为10Ω，允许通过的最大电流为1A；若要测量小灯泡的电功率，所选择的电源电压必须高于小灯泡的额定电压，电路中的电流不能超过各仪器允许通过的最大电流，同时还要考虑滑动变阻器的阻值范围是否能按要求调节小灯泡两端电压达到规定值，选取滑动变阻器时，一般先根据R=(U电源-灯)/I灯额计算滑动变阻器接入电路的最小阻值，然后选取最大阻值大于且与之最接近的滑动变阻器；若多个滑动变阻器的最大阻值都符合，则利用额定电流加以筛选。易出错的原因之二是对物理过程分析不透彻、不全面，忽视了电流表、电压表量程的选择。要根据题意分析、计算来确定两电表的量程，要保证测量时电表示数尽量超过所用量程的一半。

【例】为测量一只标有“6.3V 0.3A”字样的小灯泡的额定功率，某实验小组设计了如图18-3-22所示的电路图，现有实验器材：电压表（量程0~3V，0~15V）一只，电流表量程（0~0.6A，0~3A）一只，“10Ω 2A”和“50Ω 1A”的滑动变阻器各一个，电源（电压恒为12V）一个，开关一个，导线若干。实验时，甲同学认为电压表和电流表都应选用小量程，滑动变阻器应选用“50Ω 1A”；乙同学认为电压表应选用大量程，电流表应选用小量程，滑动变阻器应选用“10Ω 2A”。

请你对两位同学器材选择的合理性作出评价并填在下面的表中。（如合理，不需要说明理由；如不合理，请指出不合理之处和产生的后果）

【解析】因为小灯泡上标有“6.3V 0.3A”字样，测小灯泡的额定功率必须使小灯泡两端的电压达到额定电压6.3V，所以电压表应选用大量程（0~15V）；小灯泡正常发光时的电流为0.3A，所以电流表选用小量程（0~0.6A）。因为电源电压为12V，小灯泡两端的电压达到额定电压6.3V时，滑动变阻器需分担12V-6.3V=5.7V电压，通过的电流为0.3A，则滑动变阻器连入电路的阻值R=U/I=5.7V/0.3A=19Ω，所以应选用“50Ω 1A”的滑动变阻器。

【答案】