高中物理：小灯泡伏安特性曲线与实际功率求法

经常有这样的题目：给你几组小灯泡的U、I值，要求画出小灯泡的伏安特性曲线。还有就是给你一个已知电动势和内电阻的电源，接上这个小灯泡，小灯泡的实际功率是多少？

今天重点分析有小灯泡的伏安特性曲线时，小灯泡实际功率的求法。其他方面的知识点也有涉及。

先从例题开始吧。

例题：

在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验时，所使用的电流表内阻约为几欧，电压表的内阻约为十几千欧。实验中得到了8组数据，在图1所示的电流—电压（I—U）坐标系中，通过描点连线得到了小灯泡的伏安特性曲线。

图 1

①请你判断实验电路的连接方式，根据你的判断在图2虚线框中画出实验电路图，并在图3中连线使之为实验电路。

图 2

图 3

②根据图4，可确定小灯泡的功率P与U2和I2（是平方）的关系，下列示意图中正确的是______。

图 4

③将被测小灯泡与一电源连成如图5所示的电路。电源的电动势为8.0v，内阻为16Ω。则小灯泡所消耗的实际电功率为_______w。

图 5

分析与解答：

①因为小灯泡的电压需要由零开始增大，所以滑动变阻器应该接成分压式。又因为小灯泡电阻与电流表电阻相差不大，故用电流表外接法来测量小灯泡电流。电路图如图6所示、实物图如图7所示。

图 6

图 7

②因为小灯泡的电阻随着电压、电流的增大而增大，根据功率公式 P =U2/R，P =I2R（是平方），故小灯泡的功率P与U2和I2的关系，示意图4中正确的是D 。

③ 在图1的小灯泡的伏安特性曲线上，画出电源的I—U图像，如图8所示，图像在U轴的截距表示电动势，在I轴的截距表示短路电流。两个图像的交点坐标表示小灯泡和电源的共同工作状态，即它们两端的电压和通过的电流。交点坐标大约是U=2.5v，I=0.35A。所以小灯泡所消耗的实际电功率约为2.5×0.35w=0.875w。

图 8

方法总结：

因为小灯泡的电阻随着电压、电流的增大而增大，虽然知道电源的电动势和内电阻，但不好用公式法计算小灯泡所消耗的实际电功率。 在小灯泡的伏安特性曲线上，画出电源的I—U图像，两个图像的交点坐标表示小灯泡和电源的共同工作状态，即它们两端的电压和通过的电流。读出电压坐标和电流坐标，二者乘积就表示电源的输出功率，亦即小灯泡所消耗的实际电功率。

巩固练习：

小灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而增大。某同学为研究这一现象，所用的实验器材 如下：电压表 V、电流表 A、滑动变阻器（0~10Ω）、电源、小灯泡、开关以及导线若干， 并利用这些器材设计实验电路并进行实验，将得到的实验数据通过描点的方式记录在图 9 的 I-U 坐标系中（I 和 U 分别表示小灯泡上的电流和电压）。

图 9

①请在下面的方框中画出实验电路图；

图 10

②读出图11中的电压表和电流表的示数，并将该组 数据标注在图 9 的 I-U 坐标系中，然后画出小灯泡的 I-U 曲线；

图 11

③若将该同学在此次实验中 所用的的小灯泡 L 连接在图 12 所示电路中，电源电动势 E=2.0v，内阻不计，电阻 R=5.0Ω，则此时小灯泡的电功率 P=______w。（保留 2 位有效数字）

图 12

参考答案：①见图13所示；

图 13

②见见图14所示；

图 14

③0.16±0.02（2 分）

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