探究小燈泡的電功率

劉榮剛

小燈泡的明亮程度究竟和什么因素有關(guān)？探究小燈泡的電功率就是要解決這個問題！探究小燈泡電功率的實驗，是為了鞏固電功率的概念，加深同學(xué)們對額定功率、實際功率的理解。根據(jù)前面講過的測定小燈泡電阻的方法，分析要測定小燈泡的電功率。需要測出哪些物理量、需要哪些器材。大家很容易想出應(yīng)測定電壓、電流，進(jìn)一步得出應(yīng)該用電壓表、電流表進(jìn)行測量。

一、提出問題

生活中，我們經(jīng)常會觀察到：同一盞燈，有時明，有時暗。我們會想：隨著燈泡亮度的改變，電功率是否發(fā)生改變？據(jù)此提出問題：電路中，小燈泡的明暗和電壓、電流有什么關(guān)系？電功率大小如何影響小燈泡亮度？小燈泡的亮度取決于什么？

二、猜想與假設(shè)

根據(jù)電功率的定義P=UI猜想：對于同一盞燈，可能是電壓增大，電流也增大，電功率也變大，燈泡亮度增大；相反，電壓減小，電流也減小，電功率也變小，燈泡變暗。小燈泡的亮度受實際電功率大小影響。

三、設(shè)計實驗

我們可以設(shè)計如圖1所示的電路，通過測量電壓和電流進(jìn)行實驗驗證。通過滑動變阻器改變小燈泡兩端的電壓，分別在大于額定電壓、等于額定電壓、小于額定電壓的情況下，測出相應(yīng)的通過小燈泡的電流。根據(jù)P=UI算出小燈泡三種情況的電功率，觀察小燈泡的明暗程度，驗證自己的猜想是否正確。

實驗器材：電源（電池組）1個，小燈泡1個（額定電壓2.5V），開關(guān)1個，電流表1個，電壓表1個，滑動變阻器1個，導(dǎo)線若干。

四、進(jìn)行實驗，收集證據(jù)

1.檢查實驗器材，按圖1所示連接實物電路，斷開開關(guān)，從電源的正極出發(fā)，依次連接開關(guān)、滑動變阻器、電流表、小燈泡、電壓表。

2.合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓為2.5V，觀察小燈泡的亮度，讀出電壓表和電流表的示數(shù)，填入表1。

3.調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓為3V。觀察小燈泡的亮度，讀出電壓表和電流表的示數(shù)，填入表1。

4.調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡兩端的電壓為2V。觀察小燈泡的亮度，讀出電壓表和電流表的示數(shù)，填入表1。

5.斷開開關(guān)。整理實驗器材。

五、分析論證，得出結(jié)論

由公式P=UI，可以計算小燈泡的功率，將計算結(jié)果填入表1中，通過分析和比較得出結(jié)論。分析表1的實驗數(shù)據(jù)，思考：一方面小燈泡在什么情況下正常發(fā)光？額定功率是多少？什么情況下小燈泡比正常情況更亮？實際功率是多少？什么情況下小燈泡比正常情況更暗？實際功率又是多少？另一方面，小燈泡亮度的變化跟它的實際功率大小有什么關(guān)系？分析此數(shù)據(jù)，比較燈泡的亮暗程度與電功率間的關(guān)系。據(jù)此你能得出什么結(jié)論？

（1）當(dāng)U=U時，P=P，正常發(fā)光。

（2）當(dāng)U額

額，較暗。

（3）當(dāng)U>U時，P>P，較亮。

綜合以上兩方面思考，可以得出如下實驗結(jié)論：

（1）不同電壓下，小燈泡的功率不同。實際電壓越大，小燈泡的實際功率越大。

（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。

六、交流與評估

根據(jù)前面學(xué)習(xí)，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。它們的主要區(qū)別如下：

“伏安法”測定值電阻的阻值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的。實驗三次是為了比較在不同電壓下小燈泡的功率和發(fā)光情況。所以測小燈泡的電功率不能求平均值。

實驗注意事項：

1.按電路圖l連接實物電路時注意：

（1）連接過程中開關(guān)應(yīng)始終處于斷開狀態(tài)。

（2）根據(jù)小燈泡的額定電壓值，估計電路中電流、電壓的最大值，選擇電流表和電壓表合適的量程，并注意正、負(fù)接線柱的連接及滑動變阻器“一上一下”的正確接法。

（3）連接好電路以后，對照電路圖，逐個元件檢查一遍，保證電路連接正確并試觸。

2.合上開關(guān)前，應(yīng)檢查滑動變阻器滑片是否在最大值的位置上。滑動變阻器允許通過的最大電流要大于小燈泡的正常工作電流，而滑動變阻器的最大電阻值應(yīng)與小燈泡的電阻差不多。以使調(diào)節(jié)效果明顯。

3.調(diào)節(jié)滑動變阻器的過程中，要明白向什么方向移動滑片可以使滑動變阻器阻值變大或變小。怎么調(diào)能使小燈泡兩端電壓變大或變小。根據(jù)串聯(lián)分壓原理進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確熟練地調(diào)節(jié)滑動變阻器，使小燈泡在等于額定電壓、略高于額定電壓和略低于額定電壓三種條件下發(fā)光。

責(zé)任編輯/蔡華杰