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用伏安法测电阻和小灯泡的功率

发布时间:2013-12-12 15:35:33  

用伏安法测电阻和小灯泡的电功率

星海中学
2007.5

何卫华

用伏安法测电阻和小灯泡的电功率 基本内容回顾

重点难点突破
能力训练与检测

一、两个实验的相同点
1、实验电路相同,在右边空白处画出电路图. 2、实验所用的器材相同,都有____________.

由于所用器材比较多,所以掌握一些基本仪器 的使用,是做好这两个实验的前提.请回忆:电压 表的使用规则是什么?电流表的使用规则是什么? 滑动变阻器使用时应注意哪几个方面?

3、实验中都要连接实物电路,连接实物电路时应注意什么? 用笔画线代替导线,把图20-1甲中的元件连成测定值电阻阻值 的实物电路 图20-1乙是某同学测小灯泡电功率时连接的实物电路,请先把 电压表正确接入电路,再指出其它连接中的错误。

4、实验中都要读取电压表和电流表的示数,测出并记录电路 中的电压值和电流值. 下表Ⅰ是小明同学测电阻时记录的数据,图20-2是他第2次测 量时电压表的示数,请把它填入表格中. 下表Ⅱ是小伟同学测小灯泡电功率时的实验记录,(小灯泡标有 “2.5V”字样,电阻值约为8Ω),第3次测量时电流表的示数如图203所示,请把这一数据填在表Ⅱ中的对应栏内.

实验次数 U/V I/A R/Ω
R的平均值

1 1 0.13

2 0.21

3 3 0.28

实验次数 U/V I/A

1 3 0.33

2 2.5 0.3

3 2.0

P/W
灯泡亮度

二、两个实验的不同点
1、实验的目的不同.一是测________,二是测__________. 

2、实验原理不同,测电阻的原理是________________。 根据上表Ⅰ中的数据,求出三次测量的电阻值,并填入表中;测小 灯泡电功率的原理是________________。根据上表Ⅱ中的数据, 这个灯泡的额定功率为_________W. 3、使用滑动变阻器的作用不同,测电阻时移动滑动变阻器滑 片是为了调几个合适的电压值,得出几个对应的_____________, 算出几个_____________,并求____________,以减小实验误差。 测小灯泡的电功率时,移动滑动变阻器滑片是为了让小灯泡分别在 _________、__________、__________时工作,同时测出对应的 _________值,算出不同电压下的______,研究灯泡的亮度与实际 电功率的关系。

重点难点突破
【例1】在“测小灯泡额定功率”的实验中, 小明用三节新蓄电池串联做电源,所选小灯泡的 规格是“2.5V 0.3A”,还有“10Ω 1A”、“20Ω 1A”两种规格的滑动变阻器,请你帮他选择电压 表、电流表的量程及合适的滑动变阻器

【解析】用伏安法测电阻时,一般要根据电源电压选 择电压表量程。如:电源电压3V,就选0~3V量程;电源 电压为4.5V,就选0~15V量程。测小灯泡的电功率时,灯 泡两端的电压不能超过其额定电压的1.2倍,所以电压表 量程要根

据1.2U额选取,一般应选择刚高于1.2U额的那 一档。本题中只能选0~3V量程。 电流表量程一般要根据电路中的最大电流值选取,电 路中的最大电流值应为电源电压与电路中最小电阻(定值 电阻)的比值。本题中,R=(2.5÷0.3)Ω=8.3Ω,I最大 =(4.5÷8.3)A=0.56A,所以电流表量程应选0~0.6A。

选择滑动变阻器要把握两点:一是电路中的 最大电流不能超过滑动变阻器允许通过的最大电 流值。本题中,电路中的最大电流约0.56A,两 个滑动变阻器允许通过的最大电流都大于此值, 都符合要求。二是它能不能达到分压要求。本题 中,小灯泡的额定电压为2.5V,滑动变阻器要分 去的电压为6V-2.5V=3.5V,它连入电路的最小 阻值应为R最小=(3.5÷0.3)Ω=11.7Ω, “10Ω 1A” 的滑动变阻器电阻值不符合要求,所以选“20Ω 1A”的滑动变阻器.

【例2】]图20-4是用“伏安法”测小灯泡电功率的电路图: (1)图中a处应接________表, b处应接__________表; (2)某同学在连接实物电路时, 将两表位置接错了,闭合开关, 出现的现象是:_________________________________; 纠正了两表的位置,他连接了如图20-5所示的实物电路。 (3)若闭合开关,灯泡发光, 移动滑动变阻器滑片,电压表 示数增大时,电流表示数反而 减小,原因是_____________ ______________; (4)若闭合开关,灯泡不亮, 电压表有示数,电流表无示数, 故障原因是:_______________ ____________________________;

(5)若闭合开关,灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数, 灯泡灯丝完好,故障原因可能是__________________________ ______________; (6)若闭合开关,灯泡不亮,电压表,电流表均无示数,故障 原因是____________________________________________; (7)若闭合开关,灯泡很亮,无论怎样移动滑动电阻器滑片, 灯泡亮度始终不变,故障原因是______________________ _______________________; (8)若闭合开关,灯泡很暗,无论怎样移动滑动电阻器滑片, 灯泡始终很暗,故障原因是________________________ ______________________;

【解析】答案为:①电流;电压。②灯泡不亮, 电压表指针有明显偏转,电流表指针几乎不动。 ③中,滑动变阻器滑片移动时电流表示数减小, 说明滑动变阻器连入电路的电阻增大,而电压表的 示数也增大,说明电压表接到了滑动变阻器的两端。 ④根据灯泡不亮、电流表无示数可判断电路中 有开路;根据电压表有示数可判断开路发生在灯泡 上。答案为灯泡开路或灯泡接线柱与导线接触不良。 ⑤由灯泡不亮、电流表有示数可知电路中有短 路;由电压表无示数可知灯泡被短路。

⑥由灯泡不亮、电流表无示数可知电路开路; 由电压表无

示数可知开路不在灯泡处。 ⑦答案为把滑动变阻器的金属杆接入了电路。 ⑧答案为把滑动变阻器的两个下接线柱接入了 电路。 识别电路故障,要根据电路中出现的各种反常 现象进行综合分析。 两电表位置接错,滑动变阻器接错,连线时 接触不良,裸露线头太长、太短造成短路或开路, 这些电路连接的错误是本实验电路产生故障的重要 原因。 另外:两表的“+”“-”接线柱接反,使电 表反转;量程选取过大或过小;读表时看错量程或 看错分度值,也是实验中应注意的问题。

【例3】做完了“伏安法”测电阻的实验后,老师要 求同学们讨论在器材不完备(其它器材符合要求)的情况 下测量未知电阻Rx的方法。 (1)老师给第1组同学提供的器材有:6V的电源,额 定电压为3.8V的小灯泡,0—15V量程不能使用的电压表, 要求他们测小灯泡正常发光时的电阻,应该怎么做?用电 路图分别表示出做法步骤。 (2)第2组同学没有电压表,第3组同学没有电流表, 但都多了一个定值电阻R0,该怎么做?用电路图分别表 示出做法步骤,并写出计算Rx的表达式。 (3)第4组同学没有电压表(或电流表),但多了一 个电阻箱,该怎么做?用电路图表示出做法步骤。

【解析】(1)第1组要测小灯泡正常发光时的电阻, 必须使其在额定电压(3.8V)下工作,电压表的量程应选 15V,但15V量程却不能用,怎么办呢? 实验中用6V的电源, 根据串联电路特点, 小灯泡正常发光时滑动 变阻器应分去的电压值 为(6V—3.8V)2.2V,把 电压表接到变阻器的两端, 调节滑片使它两端的电压 为2.2V,就间接知道了小 灯泡两端的电压是3.8V。 如图20-6所示。

(2)第2组同学缺了电压表,无法测出Rx两端的电压, 不能直接运用“伏安法”若把定值电阻Rx和电流表串联 起来接入电路,用电流表测出通过它的电流I0根据欧姆定 律,就可以算出它两端的电压U0=I0R0。 将它们并联在Rx的两端,就等于 给Rx造了一个电压表,就能间接 测出Rx两端的电压Ux=U0(如 图20—7中的虚线部分)再将电 流表改接到Rx支路上,测出通过 Rx的电流Ix,就可以求 出Rx=Ux/Ix=U0/Ix=I0/Ix×R0

第3组同学没有电流表,我们可以使R0与电压表结合 (如图20-8中虚线部分)求出电路中的电流I,制造一个 电流表。再把电压表改接在Rx两端,测出电压Ux,经过 这样的转换就可以求出Rx的阻值为Rx=Ux÷Ix=Ux÷I0= Ux÷(U0÷R0)=Ux/U0· 0 R

(3)第4组同学缺的是电流表(或电压表),但多了 一个电阻箱电阻箱不仅是个可变电阻而且能直接读出数 值,怎样才能巧妙地利用这一点呢?如果我们把电阻箱R0 和Rx置于电流相等(I0=Ix)的条件下,

调节电阻箱的阻 值使它和Rx两端的电压相等,那么,它们的电阻就一定 相等了。这样,从电阻箱上读出的数值就等于Rx的阻值。 做法步骤如图20-9(甲)所示。同理,在缺少电压表的情 况下做法步骤如图20-9(乙)所示。

在器材不完备的情况下,灵活应用欧姆定律, 串、并联电路特点及转换和等量代替的思想,可巧 妙测出阻值,这对于开阔思路、提高灵活应用知识 解决问题的能力是有好处的。

能力训练与检测
1、为了测量一只约15Ω的电阻Rx的精确阻值,小明把三 节干电池串联起来作为电源,连成如图20-10所示的电路 


(1)电路中有3处接错了,请你在接错的导线上打 “×”,并画出正确连线  (2)在上面的方框内画出电路图  (3)闭合开关前,滑动变阻器接入电路的阻值应


(4)实验中小明调节滑动变阻器,使待测电阻Rx 两端的电压为4.5V时,电流表的示数如图20-11所示,这 时电路中的电流是 A, 电阻Rx的阻值为 Ω  (5)利用上面电路,还能 完成的实验有: A B 

2.图20-12是小华同学“测小灯泡额定功率” 的实验电路图.灯泡的额定电压为3.8V,灯丝的电 阻约为10Ω,滑动变阻器标有“10Ω 5A” 的字样,用三节新干电池做电源 (1)闭合电路中的开关,若 出现的不正常现象如下表
顺 序 电路中出现的不正常现象 灯泡的发光情况 电流表示数I/A 电压表示数U/V 可能的原因


乙 丙

不亮
很亮 不亮

0.54
0.42 0

0
4.0 4.5

请你从下列选项中选择可能的原因填入表中(只选代 号) A.灯泡断路; B.灯炮被短路 C.滑动变阻器连入电路中的电阻太小. (2)实验中应调节 ,使电压表示数为 V,若此时的电流表示数为0.38A,则灯泡的额定功率是 W.这个功率 (能/不能)叫做实际功率.

(3)调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压略高 于或略低于额定电压时测出的小灯泡功率是 功 率,这个功率 (能/不能)说这是小灯泡的额定功 率,理由是 .

专题20
用伏安法测电阻和小灯泡的电功率


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