專題22　電能實(shí)驗(yàn)探究（原卷版）

第3章能量的轉(zhuǎn)化與守恒

專題22電能實(shí)驗(yàn)探究

類型一電功率的測(cè)量......................................................................................................................................3

【訓(xùn)練1測(cè)量小燈泡電功率的常規(guī)實(shí)驗(yàn)】............................................................................................3

【訓(xùn)練2測(cè)量小燈泡電功率的變式實(shí)驗(yàn)】..............................................................................................6

類型二探究焦耳定律....................................................................................................................................13

【方法歸納】

1.測(cè)量小燈泡的電功率

用電流表和電壓表測(cè)小燈泡的電功率的方法與測(cè)電阻的方法相同，都叫做伏安法。

原理：P＝UI。電路圖如圖：

選擇和連接實(shí)物時(shí)須注意：

①電源電壓高于燈泡的額定電壓；②滑動(dòng)變阻器接入電路時(shí)要調(diào)到最大值。根據(jù)能否調(diào)到燈泡的額定

電壓選擇滑動(dòng)變阻器。③根據(jù)額定電壓選擇電壓表量程；根據(jù)I額＝P額/U額或I額＝U額/R選擇量程。

2.特殊方法測(cè)量額定功率

思路：“巧用開(kāi)關(guān)”，要測(cè)量小燈泡的額定功率，必須添加滑動(dòng)變阻器，且當(dāng)改變電表測(cè)量對(duì)象時(shí)，

需要控制電路中電流為其額定電流不變，這就要用到多個(gè)開(kāi)關(guān)或單刀雙擲開(kāi)關(guān)，具體設(shè)計(jì)如下。

主要器材設(shè)計(jì)電路主要步驟表達(dá)式

①斷開(kāi)S1、閉合S2，移動(dòng)滑片，

使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電

U額（U－U額）

壓U額；P＝

額R0

②保持滑片位置不變，閉合S、

單表＋定值電阻1

斷開(kāi)S，記下電壓表示數(shù)U

＋兩開(kāi)關(guān)＋滑動(dòng)2

①閉合S、斷開(kāi)S，移動(dòng)滑片，

變阻器12

U額

使電流表示數(shù)等于；U額

R0

P額＝U額I－

(R0)

②保持滑片位置不變，斷開(kāi)S1、

閉合S2，記下電流表示數(shù)I

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①將S撥到2，移動(dòng)滑片，使電

壓表示數(shù)等于燈泡的額定電壓

U額（U－U額）

U額；P＝

額R0

②保持滑片位置不變，將S撥

單表＋定值電阻

到1，記下電壓表示數(shù)U

＋單刀雙擲開(kāi)關(guān)

①將S撥到1，移動(dòng)滑片，使電

＋滑動(dòng)變阻器

U額

流表示數(shù)為；②保持滑片位U額

R0

P額＝U額I－

(R0)

置不變，將S撥到2，記下電流

表示數(shù)I

閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑片，使電壓

額

表V1的示數(shù)等于燈泡的額定電UU

P額＝0

壓U額，同時(shí)記下電壓表V2的示R

兩表＋定值電阻數(shù)U

＋滑動(dòng)變阻器閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑片，使電流

U額

表A的示數(shù)等于，同時(shí)記下P額＝U額I0

1R0

電流表A2的示數(shù)I0

特別提醒：1)在測(cè)量小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中，多次測(cè)量的目的：為了研究小燈泡亮度(或電功率)與小

燈泡兩端電壓的關(guān)系。

2)在測(cè)量小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)中，多次測(cè)量的目的：為了研究小燈泡的電阻是否與溫度有關(guān)。

3)在測(cè)量定值電阻的實(shí)驗(yàn)中，多次測(cè)量的目的是為了求平均值，以減小測(cè)量誤差。

3.電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的多少跟什么因素有關(guān)

（1）注意點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)方法(轉(zhuǎn)換法、控制變量法)

被加熱的材料選用煤油或空氣(利用其比熱容小，效果明顯且安全)

選擇加熱物質(zhì)的要求(質(zhì)量相同、初溫相同)

轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用(通過(guò)溫度計(jì)的示數(shù)或U形管液面高度的變化反映產(chǎn)生電熱的多少)

（2）控制變量法的應(yīng)用

探究電熱與通電電流大小的關(guān)系，控制電阻絲阻值和通電時(shí)間相同，改變通過(guò)兩電阻絲的電流大小.

（電路設(shè)計(jì)：將阻值相同的電阻絲并聯(lián)在電路中）

探究電熱與電阻的關(guān)系，控制通過(guò)電阻絲的電流和通電時(shí)間相同，選擇兩個(gè)電阻不同的電阻絲.（電路

設(shè)計(jì)：將阻值不同的電阻絲串聯(lián)在電路中）

探究電熱與通電時(shí)間的關(guān)系，控制電阻絲的阻值和通電電阻絲的阻值相同，改變通電時(shí)間的長(zhǎng)短.

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：導(dǎo)體產(chǎn)生的電熱與電流、電阻和通電時(shí)間有關(guān)；①在電阻和通電時(shí)間相同的情況下，

通過(guò)電阻的電流越大，產(chǎn)生的熱量越多；②在電流和通電時(shí)間相同的情況下，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；

③在電阻和通過(guò)電阻的電流相同的情況下，通電時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的熱量越多。

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【常考題型】

類型一電功率的測(cè)量

【訓(xùn)練1測(cè)量小燈泡電功率的常規(guī)實(shí)驗(yàn)】

【方法歸納】判斷

1.在“測(cè)量小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，要測(cè)定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，

手和眼的分工應(yīng)該是(B)

A．手移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，眼看電流表示數(shù)

B．手移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，眼看電壓表示數(shù)

C．手移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，眼看小燈泡亮度

D．手按開(kāi)關(guān)，眼看電流表示數(shù)和小燈泡發(fā)光情況

2.如果用如圖所示的電路來(lái)測(cè)量電阻R1的電功率，則圖中甲是______表，乙是______表。

3.用如圖所示的器材測(cè)定小燈泡電功率。

(1)小強(qiáng)依照電路圖(如圖甲)、選擇了合適的電表量程連接元件，但尚未連接完整。用筆畫線代替導(dǎo)線將

圖乙中的元件連接完整。

(2)閉合開(kāi)關(guān)前，必須將滑動(dòng)變阻器的滑片P移到_____(填“a”或“b”)端。實(shí)驗(yàn)時(shí)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑

片P，改變小燈泡兩端的______，從而控制小燈泡的實(shí)際功率。

(3)小強(qiáng)觀察到小燈泡的額定電壓為2.5V，閉合開(kāi)關(guān)S，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，當(dāng)電壓表的示數(shù)為

2.5V時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為_(kāi)_______W。

(4)繼續(xù)向a端移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，這時(shí)小燈泡的實(shí)際功率會(huì)________(填“變大”或“變小”)。

4.在“測(cè)量小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，電路圖如圖甲所示，電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5

V。

(1)根據(jù)圖甲，用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖乙的實(shí)物圖連接完整。

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(2)閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片移到________(填“A”或“B”)端。

(3)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，電流表的讀數(shù)為_(kāi)_______A，小燈泡的額定功率為

________W。

(4)考慮到電壓表的實(shí)際電阻對(duì)電路的影響，這樣測(cè)出的小燈泡的額定功率相比真實(shí)的額定功率

__________(填“偏大”“不變”或“偏小”)。

5．用圖甲電路測(cè)量小燈泡電功率，電源電壓恒為3V，小燈泡的額定電流為0.2A，額定電壓小于3V。

(1)連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)應(yīng)處于________狀態(tài)。

(2)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物電路連接完整。

(3)電路連接正確后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，接下來(lái)應(yīng)進(jìn)行的操作是______(填

序號(hào))。

A．更換小燈泡

B．檢查電路是否斷路

C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光

(4)問(wèn)題解決后，某時(shí)刻電流表示數(shù)如圖乙所示，示數(shù)為_(kāi)_____A。要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片

P向______(填“左”或“右”)端移動(dòng)，使電流表示數(shù)為0.2A。

(5)移動(dòng)滑片P，記錄多組數(shù)據(jù)，繪制成I-U圖象。根據(jù)圖丙所給信息，計(jì)算出小燈泡的額定功率是______W；

進(jìn)一步分析圖丙可知，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小燈泡的電阻發(fā)生變化，電阻變化的主要原因是

______________________。

(6)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)一步分析可知：小燈泡的實(shí)際功率越大，小燈泡亮度越大。但某同學(xué)發(fā)現(xiàn)：標(biāo)有“220

V8.5W”的LED燈與標(biāo)有“220V60W”的普通白熾燈都正常發(fā)光時(shí)，亮度幾乎相當(dāng)。請(qǐng)分析造成這一現(xiàn)

象的原因可能是______(填序號(hào))。

A．兩燈的實(shí)際功率相同

B．相同時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)兩燈做功不同

C．兩燈將電能轉(zhuǎn)化為光能的效率不同

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【訓(xùn)練2測(cè)量小燈泡電功率的變式實(shí)驗(yàn)】

【方法歸納】小。

1.在“測(cè)量小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電壓為2.5V。

(1)請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線將圖甲中的實(shí)物電路連接完整，要求：滑動(dòng)變阻器的滑片P向A端移動(dòng)時(shí)，

電流表示數(shù)變大，連線不得交叉。

(2)正確連接電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無(wú)示數(shù)，出現(xiàn)該狀況的原因

是()

A．電流表內(nèi)部斷路了B．燈座內(nèi)部出現(xiàn)了短路C．燈泡的燈絲斷了

(3)排除故障后，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為2.5V，此時(shí)電流表的示數(shù)如

圖乙所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______A，小燈泡的額定功率為_(kāi)_______W。

(4)該實(shí)驗(yàn)裝置不能完成的實(shí)驗(yàn)是()

A．探究串聯(lián)電路中的電流規(guī)律B．探究串聯(lián)電路中的電壓規(guī)律C．探究電流與電壓的關(guān)系

(5)另一組的小芳在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表已損壞無(wú)法使用，老師給她一個(gè)已知阻值為R0的定值電阻，

同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，并正確測(cè)出小燈泡的額定功率，已知電源電壓不變，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①閉合開(kāi)關(guān)S、S1，斷開(kāi)S2，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P使電壓表讀數(shù)為小燈泡額定電壓U額；

②閉合開(kāi)關(guān)S，斷開(kāi)S1，再閉合S2，保持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不動(dòng)，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為U；

③小燈泡額定功率的表達(dá)式P額＝______________。(用U額、U、R0表示)

2.在測(cè)量額定電壓為2.5V小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，電源電壓恒定不變。

(1)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中電路連接完整，要求實(shí)驗(yàn)時(shí)向右移動(dòng)滑片P小燈泡亮度變暗。

(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，某小組的同學(xué)將所測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄如表：

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①小燈泡的額定功率為_(kāi)_______W。

②表格中有一處設(shè)計(jì)不合理，請(qǐng)指出不合理的設(shè)計(jì)是____________________；

③分析表中數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)燈絲電阻跟________有關(guān)。

(3)測(cè)量額定電壓為U0的小燈泡額定功率，物理科代表設(shè)計(jì)了圖乙所示的電路(R0為已知的定值電阻，R

為滑動(dòng)變阻器)。

①斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1，閉合開(kāi)關(guān)S2，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為_(kāi)_______時(shí)，小燈泡恰好正常

發(fā)光；

②保持滑動(dòng)變阻器滑片P位置不變，閉合開(kāi)關(guān)S1，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，記下電流表示數(shù)為I；

③推導(dǎo)出小燈泡L的額定功率表達(dá)式P額＝___________(用物理量U0、R0和I表示)。

3.小明用如圖甲所示電路來(lái)測(cè)量額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率(部分實(shí)驗(yàn)器材的規(guī)格已在圖中標(biāo)

明)：

(1)連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)應(yīng)________。

(2)實(shí)驗(yàn)中，小明發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，兩電表指針始終處于圖乙所示位置，可能是小燈泡出

現(xiàn)了________(填“短路”或“斷路”)故障。

(3)故障排除后，小明移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，記錄電表的數(shù)據(jù)，得到小燈泡U-I圖象如圖丙所示，則

小燈泡的額定功率是________W。

(4)實(shí)驗(yàn)中電壓表意外損壞，小明決定用阻值較大的定值電阻(阻值為R0)和兩個(gè)電流表，按如圖丁所示

電路完成實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)測(cè)得電流表A1和電流表A2的示數(shù)分別為I1和I2，可求得小燈泡的實(shí)際功率為_(kāi)_______。

4.某小燈泡的額定電流為0.3A，圖甲是小明測(cè)量該燈泡功率的實(shí)驗(yàn)電路。

(1)請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將滑動(dòng)變阻器連入電路，使之接入電路的阻值最大。

(2)閉合開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，若圖中導(dǎo)線M發(fā)生了斷路，則在調(diào)節(jié)滑片的過(guò)程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為

________V、電流表的示數(shù)為_(kāi)_______A。

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(3)小明將滑片移至某處時(shí)，兩電表的示數(shù)如圖乙所示，小燈泡的功率為_(kāi)_______W。

(4)為測(cè)量該小燈泡的額定功率，小強(qiáng)設(shè)計(jì)了圖丙所示實(shí)驗(yàn)電路，所用電源電壓恒定，R1、R2均為電阻

箱(0～999.9Ω)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

第1步：僅閉合S1，R2調(diào)至5Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為0.3A。

第2步：僅閉合S2，R1、R2分別調(diào)至6Ω和9Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為0.3A。

則小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為_(kāi)_______Ω，額定功率為_(kāi)_______W。

5．測(cè)量小燈泡電功率。

(1)小明在測(cè)量額定電壓為2.5V小燈泡L1電功率時(shí)，選擇了電壓恒定的電源、滑動(dòng)變阻器、電壓表和

電流表等器材，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路。

①圖甲中有一根導(dǎo)線尚未連接，請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線將電路補(bǔ)充完整。

正確連接電路后，閉合開(kāi)關(guān)前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片滑至最______(填“左”或“右”)端。閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)

現(xiàn)電流表和電壓表的指針均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電路出現(xiàn)的故障可能是滑動(dòng)變阻器_______。

②排除故障閉合開(kāi)關(guān)，適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為了測(cè)量小燈泡的額

定功率，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值________(填“變大”或“變小”)。小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)

如圖丙所示為_(kāi)_____A，小燈泡的額定功率為_(kāi)_____W。

③繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，多次實(shí)驗(yàn)，小明發(fā)現(xiàn)燈的電阻是隨功率變化的，當(dāng)小燈泡的電阻為8Ω

時(shí)，小燈泡的實(shí)際功率________(填“大于”“小于”或“等于”)額定功率。

(2)小明設(shè)計(jì)了如圖丁所示的電路，用一個(gè)電壓表或電流表，測(cè)量額定電壓為U額的小燈泡L2額定功率，

已知定值電阻的阻值為R0、電源電壓未知。請(qǐng)你完成下面的步驟。

①將____________________(填“電壓表并聯(lián)在ab間”“電流表串聯(lián)在a點(diǎn)”或“電流表串聯(lián)在b點(diǎn)”)，只閉

合開(kāi)關(guān)S和S1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電表的示數(shù)為_(kāi)_____，燈泡正常發(fā)光；

②只閉合開(kāi)關(guān)S和S2，變阻器滑片位置_______________(填“保持不動(dòng)”“向右移動(dòng)”或“向左移動(dòng)”)，讀

出電表的示數(shù)U或者I；

③小燈泡L2的額定功率表達(dá)式為P額＝__________。

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6．興趣小組在“測(cè)量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，有電流表、電壓表各一個(gè)，開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干，電源的電

壓恒為6V，小燈泡L1的額定電壓為3.8V，正常發(fā)光時(shí)電阻約為10Ω，滑動(dòng)變阻器有規(guī)格為“10Ω1.5

A”的R1和規(guī)格為“20Ω1A”的R2。

(1)為了完成實(shí)驗(yàn)，選擇滑動(dòng)變阻器R1等器材，進(jìn)行如圖甲所示的電路連接，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將

電路連接完整，并指出連接電路時(shí)的錯(cuò)誤之處：________________。

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表無(wú)示數(shù)。用導(dǎo)線連接電流表兩端，燈泡發(fā)光，則

故障原因是電流表________。

(3)更換新的電流表，完成測(cè)量后，小華將小燈泡L1更換為額定電壓2.5V，正常發(fā)光時(shí)阻值約為8Ω

的L2。為了測(cè)量它的額定電功率，需用滑動(dòng)變阻器R2替換電路中的R1，其目的是____________________。

(4)小明認(rèn)為不用電流表，同樣能測(cè)量出燈泡L2的額定功率，設(shè)計(jì)了圖乙所示的電路，請(qǐng)你幫他補(bǔ)全實(shí)

驗(yàn)步驟：

①將滑動(dòng)變阻器______調(diào)到最大阻值且保持不變，閉合開(kāi)關(guān)S，將S1撥向觸點(diǎn)______，調(diào)節(jié)另一滑動(dòng)

變阻器的阻值，使電壓表的示數(shù)為U額。

②再將開(kāi)關(guān)S1撥向另一觸點(diǎn)，讀出電壓表示數(shù)為U，滑動(dòng)變阻器的最大阻值分別為R1、R2。則燈泡L2

的額定功率表達(dá)式為P額＝__________。

類型二探究焦耳定律

【方法歸納】判斷電熱

1．如圖是探究電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與________關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)中用U形管內(nèi)液面的________

反映導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少，通電一段時(shí)間后，容器________(填“甲”或“乙”)內(nèi)電阻絲產(chǎn)生的熱量較多。

2．如圖所示，串聯(lián)的兩電阻絲(R1＜R2)，封閉在兩個(gè)完全相同的燒瓶中，并通過(guò)短玻璃管與相同的氣

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球相連。閉合開(kāi)關(guān)，通過(guò)兩電阻絲的電流________(填“相等”或“不相等”)，一段時(shí)間后，密閉燒瓶?jī)?nèi)的空氣

被加熱，觀察到______(填“A”或“B”)氣球先鼓起來(lái)。

3.探究“通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量Q與電阻R的關(guān)系”，他們選用了以下實(shí)驗(yàn)器材：兩個(gè)完全相同的燒瓶，

燒瓶?jī)?nèi)分別裝有質(zhì)量和初溫相同的水和煤油，相同的溫度計(jì)A和B、阻值分別為R1、R2