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1、-人教版九年级物理上册教案：18.3 测量小灯泡的电功率1.知道用伏安法测定小灯泡的功率.2.知道如何测定小灯泡的额定电功率和实际电功率.3.会设计实验电路、选用实验器材、设计实验记录表格、有序进行实验、读取数据、计算小灯泡的功率.1.经历测量小灯泡功率的过程,对科学探究的要素有更全面的体验与理解.2.通过实验,培养学生设计实验的能力、实验操作的能力、分析处理数据的能力.1.通过实验过程,培养学生精益求精的实验态度和尊重事实、探求真理的科学态度.2.通过讨论和交流,培养学生合作学习的意识和态度.【重点】用伏安法测量小灯泡的电功率.【难点】设计实验电路图、表格,排除操作中遇到的困难.【教师准备】
2、多媒体课件、电学磁性元件一套、小灯泡1个、演示滑动变阻器一个、导线若干.【学生准备】干电池组(电池23个,带电池盒)、电流表、电压表、滑动变阻器、额定电压为2.5伏小灯泡(带灯座)、开关、导线等.导入一:问题导入师:同学们在上一章已经测量过小灯泡的电阻.还记得是怎么测量的吗?生1:利用电流表测出通过小灯泡的电流,再利用电压表测出小灯泡两端的电压,然后用欧姆定律I=的变形公式R=算出小灯泡的电阻.生2:为了测量更准确,还利用变阻器进行了多次测量,然后求平均值.师:同学们对学过的知识掌握得很好.出示一个实验用的小灯泡,这个小灯泡上标有“2.5 V0.3 A”.同学们知道“2.5 V 0.3 A”是
3、什么意思吗?是不是只能在2.5 V的电压下工作,通过它的电流只能是0.3 A?生1:2.5 V是小灯泡的额定电压,0.3 A是小灯泡在额定电压下正常工作时的电流.生2:小灯泡可以在不同的电压下工作,通过的电流也可以大于或小于0.3 A.师:那么怎样测量小灯泡的电功率呢?生1:根据P=可知,可以利用电能表和秒表测量.生2:也可以利用公式P=UI,测出电压和电流,计算出电功率.过渡语如果我们要测“小灯泡”的电功率,用哪种方法更好呢?你能设计一个方案来测出小灯泡的功率吗?这节课我们就来研究如何测量小灯泡的电功率.导入二:情境导入问题:我们在前面学习了额定电压和额定功率,判断灯的亮度能否根据它的额定功
4、率?回答:不能.(部分同学拿不准)观察:展示两个小灯泡,其上标有“2.5 V0.3 A”和“3.8 V0.3 A”字样,它们表示的意义是什么?回答:2.5 V和3.8 V是额定电压;0.3 A是额定电流.【演示实验】1.“2.5 V0.3 A”和“3.8 V0.3 A”两个小灯泡串联,观察哪个灯更亮些?2.“2.5 V0.3 A”和“3.8 V0.3 A”两个小灯泡并联,观察哪个灯更亮些?过渡语判断灯的亮度应该根据什么?它的亮度和实际功率之间又有什么样的关系呢?本节课我们就用实验的方法探究一下它们之间的关系.测量小灯泡的电功率思路一师:同学们能设计一个方案来测出小灯泡的功率吗?生:能.师:大家
5、一定还记得用电器在额定电压下工作时的功率叫额定功率.如果不是在额定电压下的功率叫什么功率?生:实际功率.分别测量以下三种情况下的实际功率.1.使小灯泡在额定电压下发光.2.使小灯泡两端电压是额定电压的1.2倍,并观察小灯泡亮度.3.使小灯泡两端电压低于额定电压,并观察小灯泡亮度.师:同学们现在可以设计实验,并做好记录.【设计实验】实验目的:测量小灯泡在不同电压下工作时的电功率.实验原理:P=UI.测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流,计算出小灯泡的电功率.实验电路:如图所示.实验器材:干电池三节、开关一个、2.5 V小灯泡一个、3.8 V小灯泡一个、电流表和电压表各一只、滑动变阻器一个(20
6、 1 A)、导线若干.实验记录表格:次数电压U/V电流I/A功率P/W灯泡亮度123【进行实验】实验操作步骤:1.按电路图连接实物电路.2.合上开关,调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压为额定电压,观察小灯泡发光情况,记录电流表、电压表示数.3.调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压为额定电压值的1.2倍,观察灯泡发光情况,记录电流表、电压表示数.4.调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压低于额定电压,观察并做记录.5.换用不同型号的小灯泡,重复上述实验.6.断开开关,整理实验器材.实验结论:1.不同电压下,小灯泡的功率不同.实际电压越大,小灯泡功率越大.2.小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定,实际功率越大,
7、小灯泡越亮.交流与评估:师:谈谈你在设计实验及实验过程中有什么感想,发现了什么问题?生1:我们组认为实验中最容易出错的就是滑动变阻器,阻值最大的位置一错,滑动变阻器阻值就从你想的最大成为实际的最小.合上开关就容易使电表偏转过大.生2:电流表、电压表的接线也很重要,如果接反了,表针“反打”也会损坏电表的.生3:实际接线前可以先将实物按电路图中的位置摆放好,然后再连接,这样接起来不容易连接错,检查也容易.生4:实验过程中,滑动变阻器开始在阻值最大的位置,调节的时候阻值从大到小,小灯泡两端的电压会从小变到大.测量时为什么不先测低于额定电压时的功率,依次测量等于额定电压和高于额定电压时的功率,以免变阻
8、器阻值一会儿变大,一会儿变小,还容易错?师:同学们非常认真,观察的很仔细,非常棒.谁能来解释刚才那个同学的问题呢?生:我们认为先从低于额定电压开始测也可以,但是先测额定电压更好.这样在观察小灯泡亮度时有明显的区分,容易观察.生:我们发现今天测“小灯泡功率”的实验装置与上一章测“小灯泡电阻”时的装置一模一样.测量的内容也一样,都是测灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流.实验过程中的要求和注意的问题也基本一样.师:有不一样的吗?生1:两次测量的目的不同,上次是测电阻,这次是测功率.生2:从今天的测量数据也可以算出小灯泡电阻.师:大家算一下电阻,看有什么发现?生1:三次测量算出的电阻值基本相同,但有小的
9、差别.灯泡的电阻不能求平均值,因为在不同电压下温度不同,导致灯丝电阻不同,所以不能求平均值,定值电阻可以求平均值.生2:电阻可以求平均值,今天测的功率不能求平均值.生3:上次多次测量是为了求平均值减小误差,这次是为了比较在不同电压下小灯泡的功率和发光情况.师:同学们分析的非常好,请同学们比较计算电阻的公式R=和计算电功率的公式P=UI,式中的电流和电压相同吗?生:如果是同一次测量,电流值和电压值就相同.师:大家用电流替换电压或用电压替换电流,看有什么结果.P=UI=(IR)I=I2R;P=UI=U.师:现在请同学们观察你手中小灯泡上的数值,求出小灯泡的电阻,和你测量的结果进行比较.如有误差,尝
10、试分析原因.【拓展延伸】1.连接电路过程中开关应该始终处于断开状态.2.根据小灯泡上的数值,估计电路中电流、电压的最大值,选择合适的量程,并注意正负接线柱的连接及滑动变阻器正确接法.3.合上开关前,应检查滑动变阻器滑片是否在最大值的位置上.若不是,要弄清楚什么位置是最大位置并调整.4.调节滑动变阻器的过程中,首先要明白向什么方向可以使变阻器阻值变大或变小,怎么调节能使小灯泡两端电压变大或变小.思路二1.实验目的和原理:实验目的:学会测定小灯泡的额定功率和不在额定电压时的实际功率,并加以比较.实验原理:P=UI.2.学生自行设计实验:问题:由P=UI可以看出,要测小灯泡的功率需测量的物理量有哪几
11、个?需要的测量器材是什么?如何使小灯泡两端电压正好等于其额定电压呢?回答:用电压表测电压,用电流表测电流.可以增加或减少电池,也可以用滑动变阻器.但是用滑动变阻器更方便.实验器材:额定电压为2.5 V的小灯泡一个、电池组、开关、滑动变阻器、电压表、电流表、导线若干.实验电路图和实物连接图:实验步骤:1.按电路图连接电路.2.闭合开关S前,滑动变阻器的滑片P放置在电阻最大端.3.调节滑动变阻器滑片P的位置,先后使电压表的示数小于、等于和略大于小灯泡的额定电压,观察小灯泡的亮度,并将实验数据填入下表:小灯泡规格要求电压U(V)电流I(A)小灯泡亮度电功率P(W)U额=2.5 VU实=U额U实U额U
12、实U额4.归纳结论:分析比较额定电功率和实际电功率的大小,比较小灯泡的亮暗程度与电功率之间的关系.(1)当U实=U额时,则P实=P额,正常发光(2)当U实U额时,则P实P额,较暗(3)当U实U额时,则P实P额,较亮【拓展延伸】实验探究是学习物理的一种重要方法,而实验离不开测量,对某个物理量往往需要进行多次测量,虽然多次测量的目的各不相同,却是有规律可循的.物理实验探究中多次测量主要有两个目的:一是为了求平均值减小误差;二是为了寻找普遍性规律.由于不同物理量之间内在联系的多样性和复杂性以及少数几次测量往往具有一定的偶然性、片面性,如果仅仅通过少数几次测量就轻易做出结论,结论往往是不科学、不全面甚
13、至是错误的,所以为了全面科学地探究各物理现象的规律,要求我们必须进行多次测量.比如测量小灯泡的电功率中多次测量就是第二个目的,而“伏安法”测电阻多次测量则是为了减小误差.1.实验要求2.实验原理3.设计实验4.记录数值次数要求亮度电流电压电功率1U=U额2UU额3UU额5.完成实验报告1.某同学利用如图所示电路,测量额定电压为2.5 V的小灯泡的额定功率,下列说法错误的是() A.闭合开关前,滑片P应滑到B端B.闭合开关后,小灯泡不发光,一定是小灯泡灯丝断了C.当电压表示数为2.5 V时,测出通过小灯泡的电流,可算出小灯泡的额定功率D.实验还可得知,小灯泡的实际功率越大,小灯泡越亮解析:闭合开
14、关前,滑动变阻器应滑到B端,即电阻最大位置,A正确;闭合开关后,小灯泡不发光的原因有很多,不一定是小灯泡灯丝断了,B错误;当电压表示数为2.5 V时,测出通过小灯泡的电流,可算出小灯泡的额定功率,C正确;小灯泡的亮度取决于小灯泡的实际功率,实际功率越大,小灯泡越亮,D正确.故选B.2.下列电路图中电源电压U保持不变,小灯泡的额定电压为U0,且UU0,定值电阻的阻值为R.在不改变电路连接的情况下,能测出小灯泡额定功率的是()解析:A图中S2闭合S3断开时,电流表把小灯泡短路,小灯泡不发光;S2断开S3闭合时,电流表把电阻短路;两个都闭合或断开时,电流表均无示数,测不出小灯泡的额定电流,A错误;B
15、图中S2闭合S3断开,电压表测小灯泡两端的电压,其上端为正接线柱,下端为负接线柱;S3闭合S2断开,电压表测定值电阻R两端的电压,其上端为负接线柱,下端为正接线柱,电压表的两次接线方法相反,在不改变电路连接方式的情况下,无法进行测量,B错误;C图中开关处于1的位置时,电压表测量小灯泡和电阻串联后的两端电压U,开关处于2的位置时,电压表测量小灯泡两端电压U0,则小灯泡的额定电流为I=,小灯泡的额定功率表达式是P=U0I=U0;D图中开关处于1的位置时,电流表把小灯泡和电阻短路,电流表测量滑动变阻器的电流;开关处于2的位置时,电流表把小灯泡短路,测量通过电阻的电流,测不出小灯泡的额定电流,D错误.
16、故选C.3.在“测定小灯泡的功率”的实验中,小明应用的是如图所示的电路,当开关S闭合时,可能出现的现象如下表所示,下列判断正确的是() A.表明电流表断路B.表明小灯泡断路C.表明电压表短路D.表明小灯泡断路电流表示数电压表示数小灯泡发光情况A无有发光B无有不发光C有无发光D有无不发光A.AB.BC.CD.D解析:电流表无示数,电压表有示数,小灯泡发光,则电流表被短路,A错误;电流表无示数,电压表有示数,小灯泡不发光,灯泡断路,B正确;电流表有示数,电压表无示数,小灯泡发光,说明电压表两端断路或电压表损坏,C错误;电流表有示数,电压表无示数,小灯泡不发光,说明电压表或小灯泡被短路,D错误.故选
17、B.4.在测定额定电压为2.5 V的小灯泡的电功率实验中,电流表和电压表的示数如图所示.则通过小灯泡的电流为A,两端所加电压为V,灯丝电阻为,此时小灯泡的电功率为W.(设灯丝电阻不变)解析:由图看出,电流表量程为00.6 A,分度值为0.02 A,示数为0.24 A;电压表量程为03 V,分度值为0.1 V,示数为2.4 V,所以:R=10 ;P=UI=2.4 V0.24 A=0.576 W.【答案】0.242.4100.576测量小灯泡的电功率目的:测量小灯泡的电功率.方法:伏安法原理:P=UI电路图:如图所示. 实验结论:灯泡的功率越大,灯泡越亮,额定电压下才有额定功率.一、教材作业【必做
18、题】教材第97页动手动脑学物理的1,2,3,4题.【选做题】教材第97页动手动脑学物理的5题.二、课后作业【基础巩固】1.在“测定小灯泡额定功率”的实验中,当手移动变阻器滑片时,眼睛应观察()A.小灯泡的发光情况B.变阻器滑片的位置C.电压表的示数D.电流表的示数2.如图是小红在测量小灯泡电功率时连接实验器材的情况,其中错误的是()A.电流表没有串联接入电路中B.电压表没有与灯泡并联C.滑动变阻器的接线柱的连接D.开关没有串联接入电路中3.在“测定小灯泡的功率”的实验中,某同学电路连接正确,闭合开关,小灯泡发光,但无论怎样调节滑动变阻器,电压表的示数虽然有变化,却始终达不到灯泡的额定电压.其原
19、因可能是下述的哪一种()A.电压表的量程太大B.电流表的量程太大C.电源电压太低D.变阻器的电阻太大4.如图,是测定小灯泡的额定功率的实验电路图,在实际操作时,闭合开关前,滑动变阻器滑片P应位于端(填“a”或“b”),闭合开关后,应调节滑动变阻器使电压表的示数等于小灯泡的.【能力提升】5.在测定小灯泡功率的实验中,已知小灯泡的额定电压为2.5 V,秀秀同学通过正确实验得到的数据如下表.分析数据得到的下列结论,正确的是()电压U/V1.522.53电流I/A0.250.290.320.35A.灯丝的电阻随电压增大而减小B.小灯泡的额定功率为0.8 WC.小灯泡的额定功率为四次功率的平均值D.通过
20、小灯泡的电流与它两端的电压成正比6.李明同学为了探究“电功率与电阻的关系”,他找来额定电压均为6 V的L1,L2两只灯泡.将两灯串联起来,按照如图所示的电路开始实验探究,闭合开关后,看见灯L2微微发光,灯L1几乎不发光,则关于两灯的电阻R1和R2、两灯的额定功率P1和P2的大小关系成立的是(不考虑灯丝电阻值随温度的变化)()A.R1R2,P1P2B.R1R2,P1P2C.R1R2,P1P2D.R1R2,P1P27.小明应用如图甲所示的电路“探究定值电阻R0的发热功率P0、滑动变阻器R消耗的电功率PR和电源总功率PU随电流I变化的关系”,将得到的数据绘成a,b,c三条图线画在了同一坐标系中,如图
21、乙所示,b图线表示定值电阻R0的发热功率P0随电流I变化的关系,则表示“电源总功率PU随电流I变化的关系”的图线是.如电源电压U保持不变,则由图像可知:电源电压U为V,定值电阻R0的阻值为.【拓展探究】8.小明为了弄清楚“用久了的白炽灯发光变暗”的原因,他将家里一盏标有“220 V40 W”的旧白炽灯打开后,跑到楼道里观察电能表,并用手表配合测出用电功率为1200 W.(1)“咦!灯泡的功率怎么会有这么大呢?”小明检查读数和计算均无误,且电能表和手表均准确.在爸爸的帮助下,小明又测得了白炽灯两端的电压为220 V.请你分析小明在测量过程中,导致测量结果有这么大差异的原因.(2)弄清原因后,小明
22、重新测出了这盏白炽灯的电功率是36 W,导致白炽灯实际功率低于所标额定功率的原因是什么?请你对此进行解释.【答案与解析】1.C解析:额定功率是指用电器在额定电压下的功率,“测定小灯泡额定功率”正确的操作步骤应该是:移动滑片时,同时观察电压表的示数,直到等于小灯泡的额定电压,记下此时电流表的示数,然后根据P=UI计算出小灯泡的额定功率.故选C.2.C解析:电流表与小灯泡串联,电流表接线正确;电压表与小灯泡并联,电压表接线正确;滑动变阻器没有按照“一上一下”的原则进行接线,滑动变阻器接线错误;开关与小灯泡串联,开关接线正确.故选C.3.C解析:电压表量程的大小,不会影响小灯泡两端的电压,A错误;电
23、流表量程的大小,也不会影响小灯泡两端的电压,B错误;如果电源电压太低,即使变阻器阻值最小,也有可能达不到小灯泡的额定电压,C正确;变阻器是可以调节的,而且最小可调节至阻值为零,因此它不是电压过低的原因,D错误.故选C.4.b额定电压解析:由图可知,滑动变阻器左端接在a处,在闭合开关前应将滑片移至b端,使其阻值最大;闭合开关后,应调节滑动变阻器使电压表的示数等于小灯泡的额定电压,此时小灯泡的电功率等于额定功率.5.B解析:由表中数据可知,灯丝电阻随电压增大而增大,A错误;由表中数据可知,小灯泡额定电压U=2.5 V对应的电流I=0.32 A,小灯泡的额定功率:P=UI=2.5 V0.32 A=0
24、.8 W,B正确;小灯泡在额定电压下的功率为额定功率,不能把四次功率的平均值作为灯泡的额定功率,C错误;由A可知灯丝电阻R随电压U的增大而增大,不是定值,则通过小灯泡的电流与它两端的电压不成正比,故D错误.故选B.6.D解析:灯泡的亮度由灯泡的实际功率决定,因为灯L2微微发光,灯L1几乎不发光,所以L2的实际功率比L1的实际功率大.由于两灯是串联,根据P=I2R可知,在电流相同的情况下,用电器的电功率与阻值成正比,所以R2R1.因为两灯的额定电压U相同,根据P=可知,电功率与电阻成反比,由于R1R2,所以P1P2.故选D.7.a31解析:电源总功率PU与电流I成正比,图像是一条倾斜的直线,由图
25、像可知,电源总功率PU随电流I变化的关系图线是a.由图像可知,当电源功率PU=9 W时,电流I=3 A,则电源电压:U=3 V;由图像可知,定值电阻R0的功率P0=9 W时,电路电流I=3 A,电阻阻值:R0=1 .8.(1)没有关闭白炽灯之外的其他用电器.(2)白炽灯钨丝受热会升华而变细,在材料、长度不变时,钨丝变细造成电阻变大,根据公式P=UI=可知:在电压不变时,电功率随电阻增大而减小,功率变小,灯泡变暗.解析:(1)在读数和计算无误,电能表和手表准确并且电压不变时,只有一种可能:没有关闭白炽灯之外的其他用电器;(2)白炽灯长时间使用,灯丝因升华逐渐变细,在材料、长度不变时,导体越细,电
26、阻越大,所以长时间使用后灯丝电阻要增大,由P=可知,电压不变的情况下,电功率随着电阻增大而减小,故长时间使用后灯泡的实际功率低于所标的额定功率.本节课是电学中最重要的一个学生实验,它涉及的器材多、操作步骤复杂,如果完全放手让学生去操作完成,对学生来说难度不小,所以在课堂上,教师要适时给予适当的引导、启发,对一些关键性的问题给予必要的提示,这样学生的正确率能得到明显提高,实验也能够比较顺利地完成.很多学生的实验失误主要出现在对电表的使用上,包括电表的连接、量程的选取、数值的读取等,所以练习对电表的使用,仍然是实验成功的关键.对电路故障的排除,尽量让学生自己去解决,教师只提供可能的位置和方法,让学
27、生学会根据现象排除故障,进一步加深对电路方面通路、短路和断路的体会.动手动脑学物理(教材第97页)1.错误之处:(1)滑动变阻器接线错误,都接在下面两个接线柱上了;(2)电流表量程选大了.纠正方法:(1)一上一下连接;(2)电流表量程选择00.6 A.电路图如图所示. 2.(1)连接电流表时应选用00.6 A这个量程.(2)如图甲所示. (3)电路图如图乙所示.提示:先估算电流I=0.32 A0.6 A. 3.解:由3000 revs/(kWh)可知,电能表转盘转一转,用电器消耗电能为 kWh.1 min内该用电器所消耗电能为W=15 kWh=0.005 kWh=1.8104 J.该用电器额定
28、功率P额=300 W.4.解:由P=,得R=48.4 ,P实=640 W.5.解法1:都使用60 W的普通照明灯泡每天消耗电能W1=P1t=100P1t=1006010-3 kW4 h=24 kWh.都改用40 W的日光灯,每天消耗电能W2=P2t=100P2t=1004010-3 kW4 h=16 kWh.都改用40 W的日光灯,每天节约电能W=W1-W2=24 kWh-16 kWh=8 kWh.一年可节约电能W总=3658 kWh=2920 kWh.所以,该校一年(365天)可节约2920度电.解法2:每盏灯每天节能W=W1-W2=P1t-P2t=(P1-P2)t=(6010-3 kW-4
29、010-3 kW)4 h=0.08 kWh.100盏灯一年节能W总=1003650.08 kWh=2920 kWh.所以,该校一年(365天)可节约2920度电.1.小实验:用电能表测量家用电器的电功率.电能表铭牌上标的“3000 r/kWh”的物理意义是,电路中每消耗1度电,电能表的铝盘转动3000转.那么该如何利用电能表测量家用电器的电功率呢?实验器材:根据公式P=分析可知,除了测电能的电能表,还需要测量时间的秒表.实验方法:先在电路中只接入一个家用电器,设电能表上标有N r/kWh,让这个用电器工作一段时间,记下所用的时间t(用小时作单位),并记下电能表所转的圈数n,则用电器的电功率为:
30、P=(单位是千瓦).2.如果有标识已经模糊不清的灯泡,如何辨别它们额定功率的大小呢?方法一:看灯丝的外观.导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积有关.导体越长,电阻越大;横截面积越小,电阻越大.所以如果观察灯泡的灯丝,它们有长短粗细之别.灯丝短而粗的,电阻就小,其额定功率就大.反之灯丝长而细的电阻大,其额定功率就小.方法二:将灯泡串联.把灯泡串联后,由于通过它们的电流相同,根据P=I2R可知,电阻大的,实际功率就大.实际功率越大,灯泡越亮.所以将两灯泡串联后,灯泡越亮的电阻越大,其额定功率越小.灯泡越暗的电阻越小,其额定功率越大.方法三:将灯泡并联.把灯泡并联后,由于它们的电压都相同,根据P=可知,电阻大的实际功率小,灯泡越暗.所以将灯泡并联后,灯泡越暗的电阻越大,其额定功率越小.灯泡越亮的电阻越小,其额定功率越大.-第 10 页第3节测量小灯泡的电功率