测量电功率教案

测量电功率教案

‎ ‎ 第三节 测量电功率 一、教学目标 ‎【知识与技能】‎ ‎1.掌握用伏安法测定小灯泡的额定功率和小灯泡不在额定电压下的功率。‎ ‎2.加深对额定功率、实际功率的理解。‎ ‎3.进一步提高学生使用电流表、电压表和滑动变阻器的能力。‎ ‎4.设计并完成测量电功率的实验，正确处理实验中遇到的滑动变阻器滑片位置、选取表的量程、电源大小等问题 ‎【过程与方法】‎ ‎1．通过学生根据实验课题选择仪器、设计实验、制订实验操作方案等，培养学生的实验能力． ‎ ‎2．通过教师与学生的双边活动，进一步培养学生的观察能力，以及对信息的综合分析能力．‎ ‎【情感、态度与价值观】‎ ‎1．通过学生自己的设计、操作、结论的分析，培养学生实事求是的科学态度和周密、严谨的科学思维方法，养成良好的学习习惯．‎ ‎2．在教学活动中培养学生与他人合作的意识，通过互相探讨得出最佳方案，提高学习效率。在共同完成的操作及实验过程中，培养同学之间相互协作的团队精神．‎ 二、教学重点难点 重点：设计实验及画出电路图，用伏安法测定小灯泡的额定功率和小灯泡不在额定电压下的功率 难点：自行设计科学的、完整的实验操作方案．额定功率、实际功率的理解，处理实验过程中的各种实际问题。‎ 三、课时安排 ‎ 1课时 四、教与学互动设计 ‎（一）创设情境，导入新课 ‎【导语一】复习什么叫电功率？电功率有哪些单位？额定功率和实际功率有什么区别？ ‎ ‎【导语二】引导学生回想实验“测量小灯泡的电阻”，让学生归纳、叙述实验设计和方法。特别注意电路是通过什么进行调节的。用电压表测出灯泡两端的电压是7.2V，用电流表测出通过这个灯泡的电流为 0.4 A．这个小灯泡的电阻是多少?‎ ‎【导语三】这节课测量小灯泡的功率。用电压表测出灯泡两端的电压是7.2V，用电流表测出通过这个灯泡的电流为 0.4 A．这个小灯泡的功率是多少? ‎ ‎（二）合作交流，解读探究 ‎1.测量小灯泡的电功率 实验探究 ‎ 提出问题：怎样测量小灯泡功率？若要能测量多组数据，电路中电流怎样调节？需要连入什么装置？怎样连？‎ 制定计划，设计实验：‎ 根据电功率的公式P=IU，测出小灯泡的电流和电压，就可以计算得出小灯泡的功率．在额定电压下测出的功率就是额定功率．调节滑动变阻器改变小灯泡两端的电压，使它略高于或略低于额定电压，测出对应的电流值，就可以计算出小灯泡不在额定电压下的功率．设计实验的电路图如图所示。‎ 进行实验与收集证据：‎ 10‎ ‎ ‎ 学生分组测量，观察所给的实验器材，了解小灯泡的额定电压是多少伏，由此可知本实验需要多少节干电池作电源，分析得出所需电源的总电压数应该超过小灯泡的额定电压。根据设计的电路图连接电路，开关闭合前应将滑动变阻器的滑片放在阻值最大的位置上，以达到保护电路的作用；在连接电压表和电流表时，应注意确定正负接线柱，选择适当的量程，测量三种情况下的功率：灯泡的额定功率、灯泡两端的电压是额定电压6/5倍时的功率、小灯泡两端的电压是额定电压4/5倍时的功率。‎ ‎【想一想】怎样通过操作电路实现小灯泡达到额定功率、高于额定功率和低于额定功率？‎ ‎【点拨】通过调节滑动变阻器来改变电路中的电流大小，从而调节灯泡两端电压的大小，得到需要的功率。‎ 测电压为2.5V的小灯泡的电功率所需物理量如下表所示。‎ 小灯泡两端电压情况 电压U （伏）‎ 电流I （安）‎ 小灯泡的明亮程度 电功率P （瓦）‎ 等于额定电压 额定功率 高于额定电压 实际功率 低于额定电压 实际功率 学生分组测量并记录数据。计算小灯泡的电功率值。‎ 交流与合作 ‎（1）互相借鉴实验中可取的地方，对自己的实验过程进行反思。‎ ‎（2）互相讨论解决实验中遇到的新问题。比较额定率和实际电功率大小问题。比较灯泡的暗亮程度与电功率间的关系。‎ 分析实验现象和实验数据，归纳得出实验结论：(1)小灯泡的发光情况由实际功率决定，功率越大，灯泡越亮；(2)灯泡实际消耗的功率随着加在它两端的电压而改变．电压越大，功率越大；(3)灯泡两端实际电压等于额定电压时，灯泡正常发光；低于额定电压时，灯泡比正常发光时暗；高于额定电压时，灯泡比正常发光时更亮．(4)灯泡的实际功率可以等于额定功率，也可以不等于额定功率．‎ ‎【注意】在移动滑动变阻器的滑片测量时，应先将滑片移在小灯泡额定电压值的位置上。先测出额定电压对应的电流值，再使小灯泡两端的电压变化，测出对应的电压和电流值(弄清楚如何移动滑动变阻器滑片可以使其电阻值增大或减小)．在读取电流表、电压表数值时．要先弄清楚电流表、电压表接入电路的量程以及该量程下每一大格、每一小格代表的数值．读数时眼睛正对刻线，确保读数正确．‎ ‎2.电能表测用电器的电功率 ‎【议一议】怎样利用家用电能表测算家用电器电功率 ‎【点拨】步骤：①使室内其他用电器均停止工作，只让待测用电器工作；②记下电能表转盘转过一定转数n所用的时间t；③计算用电器的实际功率P=W/t=3.6×106×n/n0t（瓦） （n0为电能表铭牌标着的转盘转数。）‎ 家用电器的电功率：普通照明白炽灯泡15W～60W之间，电饭锅350W～1350W，家用电冰箱在100 W～140 W,家用空调1000—2000W，复读机10—20W，洗衣机200—400W。若知道的电流值，也可根据公式P = U I，U=220V求得家用电器的功率值。‎ ‎（三）应用迁移，巩固提高 类型之一：测量小灯泡的电功率 ‎【例1】实验探究：‎ ‎[提出问题]‎ 给你额定电压为6V的小灯泡—只，你能测出它发光时的电功率吗?‎ ‎[制定计划与设计实验]‎ 10‎ ‎ ‎ ‎①根据电功率公式，要测电功率需测出电压U和电流I；②设计如图甲所示的电路进行实验，选择图乙所示的仪器和器材(用笔画线进行连接)；③为比较不同电压下灯泡工作的功率，实验进行三次．‎ ‎[进行实验与收集证据]‎ 通过实验(步骤略)，得到如下数据：‎ ‎[交流与合作]‎ 请你讨论下列问题以便同其他同学交流：‎ ‎(1)完成上面数据表的填写；‎ ‎(2)写出计算灯泡额定功率的计算过程． ‎ 解析：1．按照实验电路图连接电路要按照一定顺序进行．可以从电池组的正极开始，依次连接开关S、电流表A、灯泡L、滑动变阻器，最后连到电池组负极．然后把电压表并联接在灯泡L两端．连接电路时要注意，电流必须从电表的正接线柱流入，从负接线柱流出；滑动变阻器取金属杆两端的一个接线柱和电阻丝两端的一个接线柱连入电路．(电路连接读者在图7-22乙上自行完成)‎ ‎2．根据实验记录的数据和电功率公式可计算得出，时，时，时，．‎ ‎3．由实验测得的数据知，当灯泡两端电压等于额定电额时，灯泡中的电流I=0．50A，灯泡的额定功率 变式题：按图所示电路对额定电压为3．8V的小灯泡进行实验时，测得5组实验数据，并记录在表中，同时记录了小灯泡亮度变化情况．‎ 请你仔细分析实验数据和实验现象，回答以下问题：‎ ‎(1)小灯泡的额定功率是_________W；‎ ‎(2)小灯泡亮度变化规律是____________；‎ ‎(3)除了表格中列出的数据和现象外，你还能发现的问题是_______________________。‎ 解析：小灯泡的额定电压为3．8V，由实验数据可得，当小灯泡两端电压等于额定电压时，通过的电流为0.3lA，小灯泡的额定功率为 10‎ ‎ ‎ ‎；从实验数据和现象可以看出，随着小灯泡两端电压的增大，灯泡中的电流也增大，灯泡耗电的电功率由逐渐增大为、、、，灯泡发光的亮度逐渐增加．同时由欧姆定律可以计算出五次实验时灯泡的电阻依次是：很明显，灯泡的电阻是变化的，并且电阻随灯丝中电流的增大而增大．‎ 答案：(1)灯的额定功率是1．18W；(2)灯泡的功率越大，灯泡的亮度越大；(3)灯丝的电阻是变化的．‎ 点评：本题考查分析处理实验数据和现象、归纳总结得出物理规律的能力．解题过程中，要善于运用欧姆定律和电功率公式计算得出小灯泡发光时的电阻、电功率，结合小灯泡发光的亮度，概括总结得出灯泡亮度和电功率的关系及灯丝电阻和电功率的关系．‎ ‎【例2】如图是测定额定电压为2．5V小灯泡额定功率的实物连接图．‎ ‎(1)请在方框内画出电路图 ‎(2)实验过程中某一时刻电压表示数如图甲所示，为了测得小灯泡的额定功率．闭合开关后，应把图中的滑动变阻器滑片P向_______(填“左”或“右”)移动，直至电压表示数为2．5V为止，这时电流表示数如图所示，为_______A，则此时灯泡的额定功率是_____________W．‎ ‎(3)若电源电压为6V，滑动变阻器有“10Ω 1．5A”和“20Ω 1A”两种规格，那么实验中应选用规格为__________的滑动变阻器．‎ ‎(1)实验电路图如图所示；(2)要使电压表示数为2．5V，变阻器的滑片P应向左移动；电压表示数为2．5V时，电流表的示数为0．24A，灯泡的额定功率；(3)灯泡正常发光时的电流I=0．24A，此时变阻器两端电压，变阻器连入电路的电阻．要使灯泡在实验中不致被烧坏，变阻器连入电路的电阻不得小于14．6Ω，即变阻器的最大电阻值必须大于14．6Ω．实验中应选用规格为“20Ω 1A”的滑动变阻器．‎ ‎【例3】在“伏安法测电阻”和“测小灯泡功率”(小灯泡的额定电压为2．5V)两个实验中：‎ 10‎ ‎ ‎ ‎(1)都需要测出三组电压值和电流值，前者的目的是________________；后者的目的是_____________________．‎ ‎(2)下表是小明“测小灯泡功率”实验时记录的数据，由此可知小灯泡的额定功率________________W．‎ ‎(3)同学们在交流实验体会时，有的同学提出：可以根据小明的测量数据，在非额定电压条件下求出小灯泡的电阻，再由公式，求出小灯泡的额定功率，请用这种方法根据表格中的数据算出(要求有必要的计算过程)．将和进行比较．并分析说明产生这种差异的根本原因． ‎ 解析：(1)用电压表和电流表测小灯泡的电阻和电功率，测量电路和方法完全相同，前者利用计算灯泡的电阻，后者利用计算灯泡的功率．测量过程中都要测出三组电压值和电流值，前者的目的是进行多次测量，求电阻的平均值，减小测量的误差；后者的目的是测小灯泡在额定电压下的额定功率和不在额定电压下的实际功率，并加以比较，寻求小灯泡的发光亮度和实际功率及实际电压的关系．‎ ‎(2)小灯泡的额定电压为2．5V，由实验数据知道，灯泡两端电压等于额定电压时，通过灯泡的电流为0．22A，小灯泡的额定功率．‎ ‎(3)根据实验测得的数据，时，，此时灯泡的电阻.小灯泡的额定功率.．原因是灯丝的电阻受温度的影响，电压高时，灯丝温度高，测得的电阻偏大，由可知计算出的值偏小．‎ 若选择、计算电阻，由计算出的值将偏大． ‎ 类型之二：电能表测用电器的电功率 ‎【例4】图是某同学家庭电路中的电能表．‎ ‎(1)若照明灯泡的规格为“220V 60W”，两孔插座接一台“220V 100W”的电视机，三孔插座接一台“220V 280W”的电饭锅，当它们全部工作时，通过电能表的电流是多大?‎ 10‎ ‎ ‎ ‎(2)如果某一天电灯和电视机都使用了5h，电饭锅使用了1h，这一天它们消耗了几度电?‎ ‎(3)如果该同学家中添置了一台铭牌标示为“220V 600W”的电热水器，他想测试一下标示的功率与实际使用时的功率是否相符，他让这台电热水器单独工作，用手表计时，结果10min电能表的转盘转了250转．请计算说明电热水器的实际功率是多大? ‎ 解析：(1)家庭电路中的用电器是并联连接，电能表连接在家庭电路的干路中．接入照明灯泡、电视机和电饭锅的家庭电路的总功率为 上述用电器全部工作时通过电能表的电流 ‎(2)电灯和电视机使用5h消耗的电能 电饭锅使用1h消耗的电能 用电器一天共消耗电能 ‎(3)10min电热水器消耗的电能 电热水器的电功率 点评：本题考查运用电功和电功率知识计算家庭电路用电的能力．解题的关键是理解和掌握：①家庭电路的总功率等于各用电器的功率之和；②电功率；③电能表表盘上所标各参数的物理意义．‎ ‎（四）总结反思，拓展延伸 ‎【总结】通过本节课的学习主要学习了以下几个问题：（引导学生自己总结，教师予以点评）‎ ‎【点拨】1.伏安法测小灯泡的额定功率．（1）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。（2）实验原理：P＝UI（3）器材：电池组、电压表、电流表、滑动变阻器、开关和导线，小灯泡（标有2．5 V字样）（4）步骤：①如图所示连接电路，将滑动变阻器的滑片放在阻值最大的位置上，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数U =2．5 V，同时记下电流表的示数I；②计算小灯泡的额定功率P＝U I。测定用电器的实际功率时，调节滑动变阻器滑片P，观察电流表和电压表的示数，即可求出用电器的实际功率。‎ ‎2.用电能表测用电器的功率．如：利用家电能表(盘面标有“3000 r／kW· h”)测某用电器的功率方法：①只让待测功率的用电器工作，记下电能表转盘转过一定转数n所用的时间t；②由“3000 r／kW·h”得3000转：n=3．6×106J：W，于是 W=1．2×103n J；‎ 10‎ ‎ ‎ ‎【拓展】在—次测定小灯泡额定功率的实验中，老师给出了下列器材：额定电压为的小灯泡、电源(电压未知)、一个阻值为R的电阻、一个滑动变阻器、一只电流表、一个单刀双掷开关和若干导线，如图．实验时不能忽略灯丝的电阻随温度而发生的变化．‎ ‎(1)小张同学设计的实验电路图如图，请你根据电路图用笔画线连接未完成的实物连线．‎ ‎(2)写出用以上实验电路测定小灯泡额定功率的主要步骤和需要测量的物理量(物理量用字母表示)．‎ ‎(3)本实验中，小灯泡额定功率的表达式P=_______________．‎ ‎(4)若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为—只电压表，请你重新设计—个实验电路图，测量小灯泡的额定功率(将实验电路图画在下面的方框内，不需要说明实验步骤)． ‎ 解析：(1)根据电路图连接未完成的实物连线如图所示．(连接电路时，要注意单刀双掷开关有三个接线柱，动触片和灯泡相连接，两个静触片分别和电流表的正负接线柱相连接)‎ ‎(2)由电路图可以看出，单刀双掷开关的动触片接触点1时，灯泡L和电阻R并联，电流表测R中的电流；开关的动触片接触点2时，灯泡L和电阻R仍然并联，电流表测干路中的电流．由于只有电流表而没有电压表，灯泡两端的电压测量问题需要转化为电流测量问题，然后利用欧姆定律计算出灯泡两端电压．‎ 利用图所示电路测定小灯泡额定功率的实验步骤是：①计算出R两端电压等于灯泡L的额定电压时，通过它的电流；②S掷向接线柱1，调节滑动变阻器，使电流表示数为(此时灯泡L两端电压为)；③保持滑动变阻器的滑片位置不动，S掷向接线柱2，读出电流表示数I．(灯泡L和电阻R并联电路的干路电流)‎ ‎(3)小灯泡的额定功率.‎ ‎(4)若将图所示器材中的电流表改换为电压表，要测量灯泡L的额定功率，电压可用电压表直接测量，电流就需要进行间接测量．可将灯泡L和电阻R串联，测量两个不同的电压值，最后计算出灯泡的额定功率．可以测量出小灯泡的额定功率的实验电路图如图所示．(实验步骤和灯泡额定功率的表达式读者自己分析、设计和写出)‎ 点评：‎ 10‎ ‎ ‎ 本题考查综合运用欧姆定律、电功率公式、串联电路和并联电路特点解决实际问题的能力．解题时要能灵活运用转化的物理思想方法将电压的测量转化为电流的测量或把电流的测量转化为电压的测量，借此达到测量小灯泡额定功率的目的．‎ ‎（五）当堂检测反馈 ‎1.小明家电能表的表盘如图所示，他家能同时工作的用电器的总功率不宜超过______W，若将一只额定功率为1000W的冷暖空调机接入电路中，当它正常工作2h后，他家电能表上计数器的示数将变为.‎ 解答：P＝UI=2200W，W=Pt=2kWh ‎ ‎2．在“测定小灯泡额定功率”的实验中(小灯泡标有“3．8V”字样，灯泡的电阻约为12Ω)：‎ ‎(1)在连接电路时，开关应该是______的．‎ ‎(2)某同学在连接实验电路时还有导线未接上，如图7-30a所示．请你用笔画线代替导线，把图中电路连接好，闭合开关后，要求变阻器滑片向右移动时灯泡变亮(请勿更改原有导线，且所有导线不得交叉)．‎ ‎(3)正确连接好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表的示数为________时，灯泡正常发光，此时电流表的指针位置如图b所示，其示数为________，则小灯泡的额定功率是_________．‎ 答案：(1)断开；(2)略；(3)3．8V，0．32A，1．216W ‎ ‎3．如图所示，是小强测量一只标有“2．5V”字样小灯泡电功率的实验电路．但尚未连接完．(小灯泡电阻约为10Ω)‎ ‎(1)请你用笔画线代替导线帮他完成电路连接(画线不许交叉)‎ ‎(2)连接电路时，应注意：开关要________；变阻器的滑片要移到________ ‎ ‎(3)电路连接准确无误后，闭合开关，移动变阻器滑片P使小灯泡正常发光．此时，电流表示数如同b所示，则小灯泡的额定功率为______________W． ‎ ‎(4)另—小组在做此实验时，连完电路，闭合开关后，发现电流表的指针反向偏转，他们应采取的纠正方法是________．‎ 答案：(1)略；(2)断开，D端；(3)0．7；(4)立即断开开关，将连接电流表正负接线柱的导线对调位置 ‎ ‎4.在做“测定小灯泡的电功率”的实验中，已知实验用小灯泡的额定电压为2．5V，额定功率约为1W，某同学想较准确地测出小灯泡的额定功率，连接了如图a所示的实验电路．‎ 10‎ ‎ ‎ ‎(1)该同学正要闭合开关进行实验，老师又帮他检查了一下电路，发现电路中有三处错误或不妥．请把它们找出来，并填写在下面的横线上．‎ ‎①__________________________________________________________________‎ ‎②__________________________________________________________________‎ ‎③__________________________________________________________________‎ ‎(2)电路改正后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端电压为2．5V，此时电流表的示数如图b所示，该电流为_______A．小灯泡的额定功率为_______W． ‎ 答案：(1)①测量前电流表的指针没有调整使之对准零刻度线；②电压表的量程选择使用错误(应选择0～3V量程)；③开关闭合前，滑动变阻器的滑片没有处在使连入电路电阻最大的位置；(2)0．36，0．9 ‎ ‎5.如图甲所示是某同学在做“测定小灯泡功率”实验时所连接的实验电路，闭合开关后发现小灯泡不亮，而两表均有读数．调节滑动变阻器的滑片也仍旧如此，没有变化．‎ 实验中小灯泡上标有“2．5V0．3A”字样，滑动变阻器的铭牌如图乙所示，实验前检查所有的实验器材都是完好的，但实验电路中有—处连接错误，请指出是什么错误?__________________________________________________________________________。‎ 小灯泡为什么不亮呢?说明你的理由．__________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________________。‎ 解析：滑动变阻器把电阻丝两端的接线柱接入电路，移动滑片不能改变电路的电阻和电流；小灯泡和变阻器串联接入电路．灯泡的电阻约为，由 10‎ ‎ ‎ 得，，灯泡的电功率，不足以使小灯泡发光。 ‎ 五、资料链接 白炽灯的小知识 ‎ (1)白炽灯是怎样制成的?‎ ‎ 自炽灯是美国发明家爱迪生发明的，它主要是利用了电流的热效应．灯丝采用熔点很高的钨丝制作，且要封在玻璃泡中。常绕成螺旋形状以减少散热，提高灯丝温度．电流通过灯丝时温度可达2000℃以上，为了防止钨丝在高温下氧化．一般将玻璃泡内抽成真空，60 w以上的灯泡抽成真空后，将充入氮和氩(一种惰性气体)，它们不仅不和钨丝发生化学变化，而且保证灯泡内有一定的压强，阻止钨丝原子的升华与扩散．‎ ‎ (2)为什么在开电灯时最容易烧坏灯丝?‎ ‎ 白炽灯泡内的灯丝，是用很细的钨丝绕制成的．电灯正常工作时温度达到2000℃以上二，虽然还达不到钨丝的熔点3370℃，但这样的高温却可以使钨丝表面的一部分原子蒸发出来．因此，灯泡用久后，玻璃泡会慢慢变黑．灯丝会慢慢变细，变得粗细不再那么均匀．由于导体的电阻与其横截面积有关，细的地方单位长度的电阻比粗的地方单位长度电阻大，由P=I2R知，细的地方发热功率比粗的地方大，因此，越细的地方温度就越高．发热不均匀．不仅会使灯丝变形，而且还会使螺旋形的灯丝匝数的间距不均匀，从而导致发热更加不均匀，匝数越密的地方，温度越高．‎ ‎ 对于大多数导体来说，电阻与温度有关．温度越高，电阻越大．电灯开启前，灯丝是冷的，它的电阻很小；在开灯的一瞬间，通过灯丝的电流很大，约是正常发光时电流的。十倍左右．因此．开灯的一瞬间，灯丝的发热功率比正常发光时要大得多，这就有可能使变细、变密部分的灯丝温度达到或超过钨丝的熔点，致使灯丝被熔化．所以灯泡刚久了．在开灯的时候，灯丝易从变细、变密的地方烧断． ‎ 10‎