測量小燈泡的電功率的實驗方法
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實驗目的:測量小燈泡在不同電壓下工作時的電功率。
實驗原理:根據(jù)公式P=UI,用電壓表測小燈泡兩端的電壓,用電流表測小燈泡中的電流,利用公式P=UI計算電功率,在額定電壓下測出的電功率就是額定功率。這是物理學中常用的一種間接測量方法,這種方法又被稱為“伏安法”。
實驗電路:根據(jù)實驗的目的和原理設計如下電路。
實驗器材:小燈泡、電壓表、電流表、滑動變阻器、電源、開關、導線。
器材說明:用電流表和電壓表分別測出通過小燈泡的電流和其兩端電壓,因為要測量不同電壓下的功率,所以電路中要接入滑動變阻器,用來改變小燈泡兩端電壓。
實驗步驟:
(1)按電路圖連接好電路;
(2)閉合開關,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使小燈泡兩端的電壓恰好等于小燈泡的額定電壓2.5V,觀察小燈泡的亮度,并記錄電流表和電壓表的示數(shù)。
(3)調(diào)節(jié)滑動變阻器,使小燈泡兩端的電壓約等于小燈泡額定電壓的1.2倍。觀察小燈泡的亮度變化,并記錄此時電流表和電壓表的示數(shù)(注意:小燈泡兩端的電壓不能超過它的額定電壓太多)。
(4)調(diào)節(jié)滑動變阻器,使小燈泡兩端的電壓約等于小燈泡額定電壓的0.8倍。觀察小燈泡的亮度變化,并記錄此時電流表和電壓表的示數(shù)。
(5)計算出三種情況下小燈泡的電功率
(6)斷開電路,整理器材。
實驗數(shù)據(jù)(記錄)表格:
實驗要求 | 發(fā)光情況 | 電流(A) | 電壓(V) | 電功率(W) | |
1 | 小燈泡在額定電壓下工作 | 正常 | 0.3 | 2.5 | 0.75 |
2 | 小燈泡兩端電壓是額定電壓的1.2倍 | 很亮 | 0.4 | 3 | 1.2 |
3 | 小燈泡兩端電壓低于額定電壓 | 暗 | 0.2 | 2 | 0.4 |
注意:在進行實驗時應注意以下幾點:
(1)電源電壓應高于小燈泡的額定電壓,例如,測定額定電壓為2.5 V的小燈泡的電功率時至少要選兩節(jié)干電池串聯(lián)作電源。
(2)電壓表的量程應大于小燈泡的額定電壓,電流表的量程要大于小燈泡正常工作電流。
(3)滑動變阻器允許通過的最大電流要大于燈泡的正常工作電流,而滑動變阻器的最大電阻值應與小燈泡的電阻差不多,以使調(diào)節(jié)效果明顯。
(4)根據(jù)串聯(lián)分壓原理進行判斷,準確熟練地調(diào)節(jié)滑動變阻器,使小燈泡在等于額定電壓、略高于額定電壓的和低于額定電壓三種條件下發(fā)光。尤其在做第二次實驗時,需小心調(diào)節(jié)滑動變阻器,以免因實驗電壓超過額定電壓太多而燒壞燈泡。
(5)開始連接電路時,要使開關斷開,閉合開關前,要把滑動變阻器滑片置于最大阻值處。
(6)開始實驗前,要檢查電路并試觸,實驗結束,要先斷開開關,再整理電路。
分析論證:由公式P=IU計算小燈泡的功率。(將計算結果填入表中,通過分析和比較得出)分析比較額定電功率和實際電功率大小問題,比較燈泡的亮暗程度與電功率間的關系。
(1)當U實=U額時, P實=P額 ,正常發(fā)光
(2)當U實
(3)當U實>U額時,P實> P額,較亮
實驗結論:
(1)不同電壓下,小燈泡的功率不同。實際電壓越大,小燈泡功率越大。
(2)小燈泡的亮度由小燈泡的實際功率決定,實際功率越大,小燈泡越亮。
實驗拓展:測小燈泡的電功率和用伏安法測電阻兩實驗有相似之處,也有明顯區(qū)別,列表對比分析如下:
實驗 名稱 | 測小燈泡電阻 | 測小燈泡的功率 |
原理 | R=U/I | P=UI |
器材 | 電壓表、電流表、電源、滑動變阻器、開關、導線、被測的電阻或小燈泡 | |
電路圖 | 同上 | 同上 |
分析 | 對比分析測量結果。 | |
結論 | 測電阻采取多次測量求平均值的方法求導體的電阻,而測電功率不能求平均值 |
伏安法測小燈泡的電阻要多次測量求平均值減小誤差,而測小燈泡的電功率為何不能也求平均值呢?
隨著小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流的改變,小燈泡的功率也在改變,不同的電壓下,小燈泡的電功率不同,小燈泡的實際功率是不斷變化的,因此求功率的平均值是沒有意義。為了比較在不同電壓下小燈泡的功率和發(fā)光情況,所以電功率不能求平均值。
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