初中物理电功和电功率实验题

电灯是一项伟大的发明，没有人能独享这份荣耀，它经历着如下的“进化史”；

1879年，托马斯 $·$爱迪生发明碳丝灯，通电后碳丝温度高达 ${2000}^{°}\text{C}$左右，进入白炽状态而发光，所以也称“白炽灯”。

1910年，美国通用电气实验室发现用钨丝制造的灯既便宜又明亮。

1934年，欧文 $·$米兰尔进一步改进，将灯丝烧成螺旋形，使发出的光更明亮。

20世纪30年代，人们研制出了荧光灯，利用发光气体发出的光使灯里的涂膜发亮。它比普通灯温度低并省电。

最近，人们还发明了大功率 $\mathit{LED}$灯，它更省电，寿命更长。

请回答：

（1）为了安全用电，控制灯的开关必须接在家庭电路的　　线上。

（2）如图，灯丝烧成螺旋形的原因是　　（选填“增加”或“减少” $)$散热。

（3）5瓦的 $\mathit{LED}$灯与100瓦的白炽灯正常发光时的亮度相当。若用1只5瓦的 $\mathit{LED}$灯代替100瓦的白炽灯使用4万小时，请通过计算说明选择哪种灯比较经济？

注：目前电费0.53元 $/$千瓦时，其他数据如表。

灯的种类	额定功率	使用寿命	市场价格
白炽灯	100瓦	1万小时	3元 $/$只
$\mathit{LED}$灯	5瓦	4万小时	20元 $/$只

如图为某些型号玩具电动机的工作电路图，电动机铭牌上标有“ $6V6W$，线圈电阻 $2\Omega$”字样，当开关闭合的瞬间，电动机尚未转动，此时通过电动机的电流称为启动电流，为了保护电动机，启动电流不得超过 $2A$，求：

（1）启动时，变阻箱 $R$的阻值至少多大？

（2）当电动机启动后，再次调节变阻箱 $R$，使电动机进入正常工作状态，此时 $R$消耗的电功率为多大？

现要测量小灯泡的功率。小薇同学选择了满足这个实验要求的器材，并连接了部分电路，如图甲所示。

（1）请添加一根导线，完成图甲所示的实验电路的连接。

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应滑至　　端（选填“ $a$”或“ $b$” $)$。

（3）闭合开关，调节滑动变阻器，当电压表示数为 $1.9V$时，电流表示数如图乙所示，为　　 $A$，此时小灯泡的功率为　　 $W$。

根据下列两个实验，回答相关问题：

（1）电流做功的过程是把电能转化为其他形式能的过程，一般情况下电流做功的多少我们无法直接观察出。小明同学为了“探究影响电流做功的因素”，设计了如图1所示的实验，通过此实验可以较形象的比较出电流做功的多少。该实验是通过观察　　比较电流在不同情况下做功多少的，此过程中是把电能转化为　　能；将滑动变阻器的滑片 $P$向左调节时，电流表和电压表的示数都变大，相同时间内物体被吊起的高度也变大了，这说明　　。

（2）实际生活中，用电器接通电源后，都伴有热量的产生，小明在“探究电流通过导体产生热量的多少与什么因素有关”时，采用了如图2所示的实验装置，其中 $a$、 $b$、 $c$、 $d$四个相同的容器密闭着等量空气并与 $U$形管紧密相连，实验前 $U$形管两端液面相平，将1、2和3、4导线分别接到电源两端。

在实验过程中，通过观察 $U$形管中　　的变化来比较电流通过电阻丝产生热量的多少：图甲所示的装置是用来研究电流通过电阻丝产生的热量与　　的关系，图乙所示的装置是用来研究通过电阻丝产生的热量与　　的关系，综合分析图甲乙两装置的实验现象，可以得出的结论是　　。

有一个小灯泡标有 $5.0V$字样，要测定它的额定功率。已知小灯泡正常发光时的电阻值约 $10\Omega$，电源电压为 $6V$．

（1）请你用笔画线代替导线，连接完成实验电路。

（2）闭合开关前，滑动变阻器滑片应该在　　端（选填“ $a$”或“ $b$” $)$。

（3）某次连接线路后，闭合开关灯不亮，电流表有示数，电压表没有示数，猜想以下3种故障，其中可能的是　　

$A$．可能是灯丝断了

$B$．可能是开关接线处断路

$C$．可能是小灯泡的灯座短路

为避免出现上述故障时损坏电流表，选择的滑动变阻器的最大阻值应不小于　　 $\Omega$。

（4）排除故障后，移动变阻器滑片，观察当　　表示数为　　时，再记录另一个电表的示数，可以计算小灯泡的额定功率。

运用知识解决问题：

（1）电炉子工作时，通过导线和电炉丝的电流相等，电炉丝电阻比导线电阻　　，根据焦耳定律可知，相同时间内电炉丝产生的热量比导线　　，所以电炉丝热得发红而导线不太热。

（2）如图所示家庭电路，吊灯 $L_1$和 $L_2$有开关 $S$控制，墙上有一个固定的三孔插座。请把电路连接完整。

（3）将定值电阻 $R_1$和 $R_2$串联后接在电压为 $6V$的电源两端， $R_1:R_2=1:2$， $R_1$的电功率为 $2W$，则 $R_1$两端的电压 $U_1=$　　 $V$， $R_2=$　　 $\Omega$。

在“测量小灯泡的电功率”实验中，电源电压为 $6V$保持不变，所用小灯泡的额定电压为 $2.5V$，小灯泡的电阻约为 $10\Omega$。

（1）用笔画线代替导线，将图甲的实物图连接完整，要求滑动变阻器滑片 $P$向右滑动时小灯泡变亮。

（2）闭合开关 $S$前，应将滑动变阻器的滑片 $P$移到最　　端（选填“左“或“右” $)$。

（3）闭合开关 $S$后，发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来首先应该操作的是　　（填序号）

$A$．检查电路是否断路

$B$．检查电路是否短路

$C$．移动滑动变阻器的滑片 $P$，观察小灯泡是否发光

（4）通过小灯泡的电流随它两端电压的变化如图乙所示，分析图象可知，当小灯泡两端的电压增大时，灯丝的电阻会　　（选填“增大”、“不变”或“减小“ $)$；小灯泡的额定功率为　　 $W$。

（5）若将小灯泡换成定值电阻 $R_l$，该电路还可以进行的实验有　　（请写出一个即可）。

在初中物理电学实验中，通常用电流表和电压表进行有关测量：

（1）小明同学在测定小灯泡的电功率时，选用的器材有：额定电压为 $2.5V$的小灯泡（其阻值约为 $10\Omega )$、“ $10\Omega 1A$”的滑动变阻器、两节新干电池等。

①连接电路时开关应　　；

②请用笔画线代替导线，帮小明同学将图甲中的实物电路连接完整，使闭合开关时滑动变阻器连入电路的电阻最大；

③小明同学连接电路后，闭合开关，滑片 $P$移到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为测量灯泡的额定功率，应将滑片 $P$向　　端（选填“ $A$”或“ $B$” $)$移动，直至电压表的示数为 $2.5V$，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是　　 $W$；

（2）小华同学设计了如图1所示的电路来测量一个阻值约为几百欧的电阻 $R_x$，他使用的电源电压为 $3V$，电流表量程为 $(0~0.6A$、 $0~3A)$，电压表量程为 $(0~3V$、 $0~15V)$。

①小华同学按照该电路图连接电路后，闭合开关，观察到电流表指针不偏转，示数为零，电压表示数为 $2V$．则他连接的电路出现该故障的原因是　　；

②在排除故障换用新元件后，经检查电路完好。闭合开关，逐渐减小滑动变阻器的接入电阻至最小时，电压表有示数，但电流表的指针偏转角度很小，电流太小的原因是　　，所以按小华所设计的电路来测量这个电阻是不合适的；

③为了测出电阻 $R_x$的阻值，老师给小华同学又提供了两个开关和一个电阻箱 $R(0~9999\Omega 5A)$，电阻箱是一种可以调节电阻大小并且能够显示出阻值的变阻器，它的电路符号用表示。请你帮助小华同学设计一个能测出电阻 $R_x$阻值的实验电路，要求电路只连接一次。将你设计的实验电路图画在图2虚线方框中。

小可将电源、开关、导线、滑动变阻器、电流表和电压表接入电路，用“伏安法”测额定电压为 $2.5V$小灯泡的功率。

（1）请在方框内（图 $1)$画出实验电路图。

（2）小可根据实验数据绘制了 $U-I$图象，如图2甲所示。观察图象，发现 $\mathit{AB}$部分为线段， $\mathit{BC}$部分为曲线。为便于分析，将线段 $\mathit{AB}$延长作出图象，如图2乙所示。

比较甲、乙两图象，发现两图象间的距离随着电流的增大而增大，说明　　。

（3）根据图象中 $B$点对应的电压和电流值，计算小灯泡的电阻 $R=$　　 $\Omega$．当电压为 $2.5V$时，根据甲图象计算小灯泡的功率 $P_{甲}=$　　 $W$，根据乙图象计算小灯泡的功率 $P_{乙}=$　　 $W$。

（4）请结合以上分析和计算，解释白炽灯泡烧坏往往发生在开灯瞬间的原因：　　。

小美在做“测量小灯泡的电功率”实验时，选用的器材如下：二节干电池，一个电流表，一个电压表，一个滑动变阻器，额定电压为 $2.5V$的小灯泡，开关，导线若干。设计的电路图如甲图所示。

实验次数	灯泡两端电压 $U_1$	电流表示数
1	$0.5V$	$0.1A$
2	$1V$	$0.15A$
3	$1.5V$	$0.21A$

（1）请你用笔画线代替导线，将图乙中的实物电路连接完整。

（2）开关闭合前，使滑动变阻器的滑片处于最　　端（填“左”或“右” $)$。

（3）根据小美记录的数据信息，要让小灯泡正常发光，电压表的示数应是　　 $V$。

（4）电路中电流表及导线的电阻都很小，对电路的影响忽略不计，且小美所测量的数据准确无误，通过对实验记录中的数据计算分析，你发现的新问题是：　　。导致此问题产生的根本原因是：　　。

小科想知道标有“ $3.8V$”字样的小灯泡正常工作时的电功率，于是连接了如图所示的实验电路。电源电压6伏恒定不变，滑动变阻器规格为“ $50\Omega 1A$”。

（1）请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。

（2）正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，小科观察到两电表的示数情况是　　，由此判断故障是小灯泡断路；

（3）排除故障后，小科进行了正确操作，观察到的现象和测得的数据如下：

实验次数	1	2	3	4	5
发光情况	很暗	较暗	较亮	亮	很亮
电压 $U/$伏	1	2	3	3.8	4.5
电流 $I/$安	0.2	0.22	0.25	0.30	0.34

由表中数据可得，小灯泡的额定功率是　　瓦；

（4）小科根据表中数据，计算了各次实验的灯丝电阻，分析后认为，闭合开关前灯丝的阻值小于5欧姆，小科的理由是　　。

小科想知道标有“ $3.8V$”字样的小灯泡正常工作时的电功率，于是连接了如图所示的实验电路。电源电压6伏恒定不变，滑动变阻器规格为“ $50\Omega 1A$”。

（1）请你用笔画线代替导线，将电路连接完整。

（2）正确连接电路，闭合开关，发现小灯泡不亮，小科观察到两电表的示数情况是　　，由此判断故障是小灯泡断路；

（3）排除故障后，小科进行了正确操作，观察到的现象和测得的数据如下：

实验次数	1	2	3	4	5
发光情况	很暗	较暗	较亮	亮	很亮
电压 $U/$伏	1	2	3	3.8	4.5
电流 $I/$安	0.2	0.22	0.25	0.30	0.34

由表中数据可得，小灯泡的额定功率是　　瓦；

（4）小科根据表中数据，计算了各次实验的灯丝电阻，分析后认为，闭合开关前灯丝的阻值小于5欧姆，小科的理由是　　。

在探究小灯泡的电功率与哪些因素有关的实验中，小组同学猜想：小灯泡的电功率可能与电压、电流有关，于是他们设计了如下所示的三个电路图。

（1）你认为图　　电路可以研究小灯泡的电功率与电压的关系，理由是　　。

（2）小组同学经过分析讨论，选择正确的电路进行实验，得出了小灯泡的电功率与电压关系的正确实验结论。支持该结论的实验现象是　　。

某科学小组对电流通过导体产生热的多少与哪些因素有关进行了研究。装置如图，2只烧瓶内装满煤油，瓶塞上各插1根玻璃管，瓶内各装1根阻值不同的电阻丝 $R_{甲}$和 $R_{乙}$。

猜想一：电热跟电流的大小有关，电流越大电热越多；

猜想二：电热跟导体的电阻大小有关，电阻越大电热越多。

为验证猜想一，设计以下方案：

①将电阻丝 $R_{甲}$和 $R_{乙}$串联在电路中，标出2根玻璃管内液面的位置，闭合开关记下电流表的读数 $I_1$，经过一段时间后标出2根玻璃管内液面的位置；

②当2根玻璃管中的液面降到原来的高度后，减小滑动变阻器的阻值，闭合开关记下电流表的读数 $I_2$，经过相同时间后标出2根玻璃管内液面的位置。

请回答下列问题：

（1）为使实验现象明显，经常会采用转换或放大的思想。为比较电热丝产生热量的多少，实验中体现这些思想的设计有　            　。（写出一条即可）。

（2）为验证猜想一，必须比较同一个烧瓶中前后两次实验玻璃管内液面上升的高度，原因是　　。

（3）科学研究倡导有依据的猜想，请说出生活中支持猜想二的一个实例：　　。

电加热眼罩对缓解眼疲劳有一定效果，如图甲是一款市场上的产品，小敏查阅使用说明书，其相关参数如下

表乙。

乙

型号	$***$
额定充电电压	$4.8V$
充电电流	$500\mathit{mA}$
电池容量	$800\mathit{mAh}$

（1）当该款眼罩还剩 $10\%$的电池容量时，在额定电压下充电，充满电至少需要多少时间？

（2）图丙是小敏设计的可以手动调节高、中、低三档加热的电热眼罩原理图。电源电压 $U$恒为4.8伏，已

知电热丝 $R_1$阻值为4欧，电热丝 $R_2$阻值为6欧，开关 $S_3$只接 $a$或 $b$。

①丙图电路中 $S_1$闭合， $S_2$断开， $S_3$接 $a$时，加热电路为　　（选填“高”、“中”或“低” $)$温挡。

②中温挡功率为多少瓦？

③高温挡工作20分钟，眼罩消耗的电能为多少焦？