师:同学们好,我们今天一起学习沪科版九年级物理第16章第三节测量电功率。上节课我们了解到,电功率表示电流做功快慢,也就是用电器消耗电能的快慢,也认识了额定功率和实际功率的概念。现在老师把一盏标有“220伏 60瓦”字样的白炽灯接入交流可调电源,请同学们观察,改变电源电压,灯泡亮度有无变化?其实际功率还始终等于额定功率吗?
生:(观察思考)
师:通过观察,我们发现灯泡亮度随电压变化而变化。至于其电功率是否变化,需要测量。那我们该怎样测量电功率呢?这节课就来解决这个问题。这里有一只标有“2.5伏”,其他参数模糊不清的小灯泡,请同学们设计方案,测量该小灯泡在不同电压下的电功率。我们该如何设计方案?依据是什么?实验室没有直接测量电功率的设备,但我们学过伏安法测电阻,当时是怎么测量的呢?
生:先利用电压表测量导体两端的电压,用电流表测量通过导体的电流,然后根据公式R = U / I计算得出电阻大小。
师:那能否用类似方法测量电功率呢?大家想一想,计算电功率的常用公式有哪些?
生:主要有P = W / t和P = UI。
师:对于这两个公式,分别需要用到哪些测量工具?
生:对于P = W / t,需要用电能表测量小灯泡消耗的电能,用秒表测量通电时间;对于P = UI,需要用电压表测量小灯泡两端的电压,用电流表测量通过小灯泡的电流。
师:那能不能直接用家庭电路中的电能表测量小灯泡消耗的电能呢?
生:显然不可以。
师:所以,我们选择P = UI作为本次实验原理,这种实验方法叫伏安法。接下来请同学们根据实验原理设计电路图。
生:(设计电路图)
师:同学们都设计好了吗?这是甲乙两组同学设计的实验电路图,请比较哪一个更好?
生:乙图比甲图多一个滑动变阻器,可以更方便调节小灯泡两端电压,还能保护电路,所以乙图更好。
师:从电路图能看出我们需要哪些实验器材吗?实验室提供了这些器材。为使实验结论更具说服力,除了选额定电压2.5伏的小灯泡,还需选一支额定电压3伏、规格不同的小灯泡,电源至少需要3节干电池,同时还需要开关、电压表、电流表、滑动变阻器和若干导线。接下来请同学们根据所选器材和电路图,用笔画线代替导线连接实物图。连接之前思考一下,需要注意哪些问题?
生:连接电路前要观察开关是否断开,若没断开要断开;注意连接顺序,可以先连接主电路,从电源正极出发,依次连接开关、滑动变阻器、电流表、小灯泡,最后回到电源负极,再把电压表并联在小灯泡两端;连接时滑动变阻器必须一上一下接入电路,注意电表量程选择和接线柱正进复出;连接好电路后,要观察滑动变阻器是否移到阻值最大处,若没有要移过去,同时要进行试触,观察小灯泡能否发光。
师:如果小灯泡没亮,分析一下灯泡不亮的原因可能是什么?该如何检测呢?某小组实验时出现这种情况,闭合开关,无论怎样调节滑动变阻器滑片,灯泡都不亮,电压表和电流表均无示数。请同学们帮忙排查电路故障原因。
生:根据电压表无示数,说明灯泡短路,或电压表两接线柱与电源正负极之间某处断路;根据电流表无示数,说明不可能是灯泡短路,所以判断该电路故障为电压表两接线柱与电源正负极之间有断路。具体哪部分断路,需要进一步查找,可以借助一根导线,分别并联在每根导线两端,若并联在某导线两端后灯泡亮了,则说明该段电路断路。
师:总之,在电源和电表都完好的情况下,如果回路中只有一处故障,可以根据电流表有无示数判断电流表所在回路有无断路,根据电压表有无示数判断电压表两接线柱与电源两极之间有无断路,或者与电压表并联的元件有无短路。现实生活中的电路情况更复杂,掌握基本检测方法有利于解决更复杂问题。电路故障排除后,思考一下,我们需要记录哪些量?该怎样设计实验记录表格?
生:需要记录的测量量有电压和电流,计算量有电功率,还需记录小灯泡发光情况。
师:好,我们这样设计实验记录表格。一切准备就绪,可以进行实验了。我们先来测量额定电压2.5伏小灯泡的电功率,请同学们认真观察并做好数据记录。移动滑片至阻值最大处,闭合开关试触,然后进行实验。移动滑片使电压表示数达到小灯泡额定电压,记录此时电压表示数为2.5伏,电流表示数为0.34安,灯泡正常发光。继续移动滑片使电压表示数略低于额定电压,记录此时电压表示数为2伏,电流表示数为0.3安,灯泡较暗。再次移动滑片使电压表示数略高于额定电压,记录此时电压表示数为3伏,电流表示数为0.36安,灯泡较亮。断开开关,更换额定电压3伏的小灯泡,更换电压表量程至0 - 15伏,移动滑片至阻值最大处,闭合开关试触。
生:(按要求操作并记录数据)
师:接下来进行实验。移动滑片使电压表示数达到小灯泡额定电压,记录此时电压表示数为3伏,电流表示数为0.3安,灯泡正常发光。继续移动滑片使电压表示数略低于额定电压,记录此时电压表示数为2伏,电流表示数为0.24安,灯泡较暗。再次移动滑片使电压表示数略高于额定电压,记录此时电压表示数为4伏,电流表示数为0.34安,灯泡较亮。同学们,实验做完了,接下来和老师一起计算小灯泡在不同状态下的电功率。首先计算额定电压2.5伏小灯泡的电功率,根据公式P = UI,当U = 2.5伏,I = 0.34安时,代入公式计算得出此时小灯泡电功率为0.85瓦。当U = 2伏,I = 0.3安时,代入公式计算得出此时小灯泡电功率为0.60瓦。当U = 3伏,I = 0.36安时,代入公式计算得出此时小灯泡电功率为1.08瓦。
