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“伏安法测电阻”和“伏安法测电功率”是初中物理的两个重要实验,也是中考热点,考查涉及的内容包括实验的各个环节及学生运用发散思维灵活分析问题的能力.
一、用伏安法测电阻
1.测量方法和原理
用电压表测量电阻两端的电压,用电流表测量通过电阻的电流,再根据欧姆定律的变形公式R=U/I可算出电阻值.电压表又叫伏特表,电流表又叫安培表,故叫伏安法测电阻.
2.实验器材
包括学生电源、小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、开关以及导线若干.
器材的选择应根据实验需要,即要考虑:这个实验中需测哪些物理量?用什么仪器测?为了调节电阻两端电压,还需要什么器材?
3.实验电路及步骤
①按照电路图1连接实物电路图2.
②合上开关,调整滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端的电压等于额定电压,同时测出通过小灯泡的电流,记入下表.
③调整滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端的电压逐次下降,分别测出对应的电流值,记入下表.
④计算小灯泡在各种电压下的电阻.
4.实验讨论
问题伏安法测小灯泡电阻能计算平均值吗?如果改用定值电阻做实验能计算吗?
答:多次测量取平均值的目的是为了减小偶然误差,偶然误差会使数据有时偏大有时偏小,而这里测量的电阻值有规律:电压低时,灯泡亮度小,电阻小,故不能计算平均值.这是因为灯丝电阻与温度有关,温度低,灯丝处于冷态,电阻小.
金属的电阻,一般都随温度的升高而增大;少数物质如碳,电阻随温度的升高而减小.而某些合金如锰铜、康铜的电阻,随温度的变化很小,可用做标准电阻,故改用定值电阻做实验能计算平均值.
二、伏安法测电功率
1.实验原理
用电压表测小灯泡两端的电压,用电流表测小灯泡中的电流,利用公式P=UI计算电功率,在额定电压下测出的就是额定功率.
2.步骤、数据记录及处理
①按照电路图1连接实物电路图2.
②调节滑动变阻器,使小灯泡电压一次高于额定电压1/5,一次等于额定电压,一次低于额定电压1/5.观察小灯泡的发光情况,并将电压表和电流表的示数记入表格,再根据P=UI算出小电灯的功率.
3.实验讨论
问题1伏安法测电阻和测电功率实验有什么异同点?
答:相同点:①都是伏安法,所需测量值相同;②实验器材和步骤、电路相同;③滑动变阻器都有保护电路的作用.
不同点:①原理不同,测小灯泡电阻是欧姆定律的推论R=U/I,测电功率是P=UI;②对数据的处理方式不同:测电阻是电压除以电流,测定值电阻通常要求平均值;而后者只为了得出规律,即小灯泡两端的电压不同,它的实际功率也不同;③滑动变阻器主要作用不同:测定值电阻时,滑动变阻器的作用是改变部分电路中的电流和两端电压,从而可以多次测量求平均值;测电功率时是为了改变电阻两端电压使其等于电灯泡的额定电压.
问题2为什么测电阻时要取多次实验平均值而测电功率则不行?
答:在实验时通常都是测定值电阻,用小灯泡测电功率,而由于电阻是物质的特性,故不随外界条件的变化而变化,故几次测量的不同是由于误差造成的,所以取平均值是为了减小误差.
而测电功率时由于电流和电压的改变造成灯丝温度的改变,而温度一改变电阻就跟着改变,所以几次测量的数据就应该不同(因为反映的是不同电压下的电功率),因而取平均值是没有意义的.
三、典型例题
例为了测定电压为2.5V的小灯泡的额定功率,可用图3电路.问:
(1)甲表是表,乙表是表.
(2)当合上开关时,发现小灯泡两端的电压只有2V,这时滑动变阻器滑片P应向方向移动.
(3)要记录的数据是、,列出计算公式.
(4)在实验中,如果乙表有读数而甲表没有,毛病可能出在哪里?.
(5)在实验中,如果甲表有读数而乙表没有,毛病可能出在哪里?.
(6)在实验中,若估计到小灯泡的电阻数值约为5～10Ω,而电源由两节干电池组成,那么甲表量程应选,乙表量程应选.
(7)当按电路图接好线路时,开关S应放在什么位置?.变阻器的滑片P应置在什么位置?.
(8)在多次测小灯泡电阻的过程中,发现当电压表的示数增大时,电压表与电流表示数的比值将增大,造成这一现象的原因是:.
(9)排除故障后,在测量小灯泡的额定功率时,应先调节,使小灯泡两端电压为V,再测出电路中的.
解析(1)根据电流表、电压表分别串联和并联在电路中,知甲为电压表,乙为电流表;(2)小灯泡电压只有2V,分压偏小,根据分压原理应减小变阻器接入电路的阻值,滑片P应向左滑;(3)要记录的数据是U、I,计算公式P=UI;(4)可能是灯泡短路;(5)可能是灯泡断路;(6)甲表量程应选0~3V,乙表量程应选0~0.6A;(7)开关S应断开.变阻器接入电路时应使其接入电路的阻值最大,故滑片P应置于右端;(8)电压表与电流表示数的比值增大,即电阻增大,原因是灯丝电阻随温度升高而增大;(9)测量小灯泡的额定功率时,应先调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压为额定电压2.5V,再测出电路中的电流强度.
一、用伏安法测电阻
1.测量方法和原理
用电压表测量电阻两端的电压,用电流表测量通过电阻的电流,再根据欧姆定律的变形公式R=U/I可算出电阻值.电压表又叫伏特表,电流表又叫安培表,故叫伏安法测电阻.
2.实验器材
包括学生电源、小灯泡、电流表、电压表、滑动变阻器、开关以及导线若干.
器材的选择应根据实验需要,即要考虑:这个实验中需测哪些物理量?用什么仪器测?为了调节电阻两端电压,还需要什么器材?
3.实验电路及步骤
①按照电路图1连接实物电路图2.
②合上开关,调整滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端的电压等于额定电压,同时测出通过小灯泡的电流,记入下表.
③调整滑动变阻器的滑片,使小灯泡两端的电压逐次下降,分别测出对应的电流值,记入下表.
④计算小灯泡在各种电压下的电阻.
4.实验讨论
问题伏安法测小灯泡电阻能计算平均值吗?如果改用定值电阻做实验能计算吗?
答:多次测量取平均值的目的是为了减小偶然误差,偶然误差会使数据有时偏大有时偏小,而这里测量的电阻值有规律:电压低时,灯泡亮度小,电阻小,故不能计算平均值.这是因为灯丝电阻与温度有关,温度低,灯丝处于冷态,电阻小.
金属的电阻,一般都随温度的升高而增大;少数物质如碳,电阻随温度的升高而减小.而某些合金如锰铜、康铜的电阻,随温度的变化很小,可用做标准电阻,故改用定值电阻做实验能计算平均值.
二、伏安法测电功率
1.实验原理
用电压表测小灯泡两端的电压,用电流表测小灯泡中的电流,利用公式P=UI计算电功率,在额定电压下测出的就是额定功率.
2.步骤、数据记录及处理
①按照电路图1连接实物电路图2.
②调节滑动变阻器,使小灯泡电压一次高于额定电压1/5,一次等于额定电压,一次低于额定电压1/5.观察小灯泡的发光情况,并将电压表和电流表的示数记入表格,再根据P=UI算出小电灯的功率.
3.实验讨论
问题1伏安法测电阻和测电功率实验有什么异同点?
答:相同点:①都是伏安法,所需测量值相同;②实验器材和步骤、电路相同;③滑动变阻器都有保护电路的作用.
不同点:①原理不同,测小灯泡电阻是欧姆定律的推论R=U/I,测电功率是P=UI;②对数据的处理方式不同:测电阻是电压除以电流,测定值电阻通常要求平均值;而后者只为了得出规律,即小灯泡两端的电压不同,它的实际功率也不同;③滑动变阻器主要作用不同:测定值电阻时,滑动变阻器的作用是改变部分电路中的电流和两端电压,从而可以多次测量求平均值;测电功率时是为了改变电阻两端电压使其等于电灯泡的额定电压.
问题2为什么测电阻时要取多次实验平均值而测电功率则不行?
答:在实验时通常都是测定值电阻,用小灯泡测电功率,而由于电阻是物质的特性,故不随外界条件的变化而变化,故几次测量的不同是由于误差造成的,所以取平均值是为了减小误差.
而测电功率时由于电流和电压的改变造成灯丝温度的改变,而温度一改变电阻就跟着改变,所以几次测量的数据就应该不同(因为反映的是不同电压下的电功率),因而取平均值是没有意义的.
三、典型例题
例为了测定电压为2.5V的小灯泡的额定功率,可用图3电路.问:
(1)甲表是表,乙表是表.
(2)当合上开关时,发现小灯泡两端的电压只有2V,这时滑动变阻器滑片P应向方向移动.
(3)要记录的数据是、,列出计算公式.
(4)在实验中,如果乙表有读数而甲表没有,毛病可能出在哪里?.
(5)在实验中,如果甲表有读数而乙表没有,毛病可能出在哪里?.
(6)在实验中,若估计到小灯泡的电阻数值约为5～10Ω,而电源由两节干电池组成,那么甲表量程应选,乙表量程应选.
(7)当按电路图接好线路时,开关S应放在什么位置?.变阻器的滑片P应置在什么位置?.
(8)在多次测小灯泡电阻的过程中,发现当电压表的示数增大时,电压表与电流表示数的比值将增大,造成这一现象的原因是:.
(9)排除故障后,在测量小灯泡的额定功率时,应先调节,使小灯泡两端电压为V,再测出电路中的.
解析(1)根据电流表、电压表分别串联和并联在电路中,知甲为电压表,乙为电流表;(2)小灯泡电压只有2V,分压偏小,根据分压原理应减小变阻器接入电路的阻值,滑片P应向左滑;(3)要记录的数据是U、I,计算公式P=UI;(4)可能是灯泡短路;(5)可能是灯泡断路;(6)甲表量程应选0~3V,乙表量程应选0~0.6A;(7)开关S应断开.变阻器接入电路时应使其接入电路的阻值最大,故滑片P应置于右端;(8)电压表与电流表示数的比值增大,即电阻增大,原因是灯丝电阻随温度升高而增大;(9)测量小灯泡的额定功率时,应先调节滑动变阻器,使小灯泡两端电压为额定电压2.5V,再测出电路中的电流强度.