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:根据公式P=UI,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电功率就是额定功率。这是物理学中常用的一种间接测量方法,这种方法又被称为“伏安法”。
实验电路:根据实验的目的和原理设计如下电路。
实验器材:小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关、导线。
器材说明:用电流表和电压表分别测出通过小灯泡的电流和其两端电压,因为要测量不同电压下的功率,所以电路中要接入滑动变阻器,用来改变小灯泡两端电压。
实验步骤:
(1)按电路图连接好电路;
(2)闭合开关,调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压恰好等于小灯泡的额定电压2.5V,观察小灯泡的亮度,并记录电流表和电压表的示数。
(3)调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约等于小灯泡额定电压的1.2倍。观察小灯泡的亮度变化,并记录此时电流表和电压表的示数(注意:小灯泡两端的电压不能超过它的额定电压太多)。
(4)调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压约等于小灯泡额定电压的0.8倍。观察小灯泡的亮度变化,并记录此时电流表和电压表的示数。
(5)计算出三种情况下小灯泡的电功率
(6)断开电路,整理器材。
实验数据(记录)表格:
实验要求 | 发光情况 | 电流(A) | 电压(V) | 电功率(W) | |
1 | 小灯泡在额定电压下工作 | 正常 | 0.3 | 2.5 | 0.75 |
2 | 小灯泡两端电压是额定电压的1.2倍 | 很亮 | 0.4 | 3 | 1.2 |
3 | 小灯泡两端电压低于额定电压 | 暗 | 0.2 | 2 | 0.4 |
注意:在进行实验时应注意以下几点:
(1)电源电压应高于小灯泡的额定电压,例如,测定额定电压为2.5 V的小灯泡的电功率时至少要选两节干电池串联作电源。
(2)电压表的量程应大于小灯泡的额定电压,电流表的量程要大于小灯泡正常工作电流。
(3)滑动变阻器允许通过的最大电流要大于灯泡的正常工作电流,而滑动变阻器的最大电阻值应与小灯泡的电阻差不多,以使调节效果明显。
(4)根据串联分压原理进行判断,准确熟练地调节滑动变阻器,使小灯泡在等于额定电压、略高于额定电压的和低于额定电压三种条件下发光。尤其在做第二次实验时,需小心调节滑动变阻器,以免因实验电压超过额定电压太多而烧坏灯泡。
(5)开始连接电路时,要使开关断开,闭合开关前,要把滑动变阻器滑片置于最大阻值处。
(6)开始实验前,要检查电路并试触,实验结束,要先断开开关,再整理电路。
分析论证:由公式P=IU计算小灯泡的功率。(将计算结果填入表中,通过分析和比较得出)分析比较额定电功率和实际电功率大小问题,比较灯泡的亮暗程度与电功率间的关系。
(1)当U实=U额时, P实=P额,正常发光
(2)当U实<U额时,P实< P额,较暗
(3)当U实>U额时,P实> P额,较亮
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,小灯泡越亮。
实验拓展:测小灯泡的电功率和用伏安法测电阻两实验有相似之处,也有明显区别,列表对比分析如下:
实验 名称 | 测小灯泡电阻 | 测小灯泡的功率 |
原理 | R=U/I | P=UI |
器材 | 电压表、电流表、电源、滑动变阻器、开关、导线、被测的电阻或小灯泡 | |
电路图 | 同上 | 同上 |
分析 | 对比分析测量结果。 | |
结论 | 测电阻采取多次测量求平均值的方法求导体的电阻,而测电功率不能求平均值 |
伏安法测小灯泡的电阻要多次测量求平均值减小误差,而测小灯泡的电功率为何不能也求平均值呢?
随着小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流的改变,小灯泡的功率也在改变,不同的电压下,小灯泡的电功率不同,小灯泡的实际功率是不断变化的,因此求功率的平均值是没有意义。为了比较在不同电压下小灯泡的功率和发光情况,所以电功率不能求平均值。
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