Question

4．在复习电功率内容时，同学们用电流表、电压表、L₁为“2.5V 0.3A”和L₂为“3.8V 0.3A”两个小灯泡进行实验．
（1）小明小组在探究“电功率跟电流、电压的关系”实验中，设计了如图甲所示电路，将L₁和L₂串联在电路中的目的是控制电流相同．
（2）实验中，小灯泡的实际功率的大小是通过灯泡的亮暗判定的．根据甲图可以得出的实验结论是通过的电流相同，电压越大，电功率越大．
（3）实验应注意选择两只规格不同的灯泡，否则无法进行探究，请说明原因：灯泡的规格不同，电阻不同，根据U=IR可知，电流相同，灯泡两端的电压不同．
（4）利用题中器材画出“探究电功率与电流关系”的实验电路图．假定灯丝的电阻不变，分析在探究“探究电功率与电流关系”过程中两只灯泡哪个比较亮，说明理由．

Answer 1

分析 （1）探究“电功率跟电流、电压的关系”时，需要采用控制变量法使其他因素不变；分析表中数据，得出电功率和电压的关系；
（2）小灯泡的实际功率无法直接测量，通过观察灯泡的亮度来判断，即转换法；根据P=UI计算电功率，从而得出电功率和电压的关系；
（3）本实验是研究电功率跟电压的关系，应控制电流相同，电压不同，灯泡的规格不同，电阻不同，分压不同；
（4）在探究“探究电功率与电流关系”实验中，应控制电压相同，电流不同，应将两只规格不同的灯泡并联，用电流表测出通过每只灯泡的电流即可；
利用欧姆定律求出灯泡的电阻，再根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$比较两只灯泡的电功率即可得出答案．

解答 解：（1）因为串联电路处处电流相等，因此将L₁、L₂串联是为了保持两灯电流相同，研究电功率与电压关系；
（2）小灯泡的实际功率无法直接测量，通过转换法，即观察灯泡的亮暗来判断电功率的大小；
根据甲图可知，两灯泡串联接入电路，通过的电流相同，电压越大，电功率越大．
（3）本实验是研究电功率跟电压的关系，应控制电流相同，电压不同，
灯泡的规格不同，电阻不同，根据U=IR可知，电流相同，灯泡两端的电压不同，
所以应选择两只规格不同的灯泡，否则无法进行探究；
（4）在探究“探究电功率与电流关系”实验中，应控制电压相同，电流不同，
所以应将两只规格不同的灯泡并联，用电流表测出通过每只灯泡的电流，计算出电功率即可，如图所示：

理由：由欧姆定律得，两只灯泡的电阻分别为：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$=$\frac{25}{3}$Ω，
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{3.8V}{0.3A}$=$\frac{38}{3}$Ω，
由此可见，R₁＜R₂，
因为并联电路中各并联支路两端的电压相等，
所以根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，实际电功率P₁＞P₂，灯泡L₁比较亮．
故答案为：（1）控制电流相同；
（2）灯泡的亮暗；通过的电流相同，电压越大，电功率越大；
（3）灯泡的规格不同，电阻不同，根据U=IR可知，电流相同，灯泡两端的电压不同；
（4）见解答．

点评 此题考查学生对于电功率的测量，通过实验分析得出实验结论，会设计实验电路，要熟练掌握灯泡亮度与实际功率的关系及控制变量法的灵活应用等问题．