探究小灯泡的电功率

刘荣刚

小灯泡的明亮程度究竟和什么因素有关？探究小灯泡的电功率就是要解决这个问题！探究小灯泡电功率的实验，是为了巩固电功率的概念，加深同学们对额定功率、实际功率的理解。根据前面讲过的测定小灯泡电阻的方法，分析要测定小灯泡的电功率。需要测出哪些物理量、需要哪些器材。大家很容易想出应测定电压、电流，进一步得出应该用电压表、电流表进行测量。

一、提出问题

生活中，我们经常会观察到：同一盏灯，有时明，有时暗。我们会想：随着灯泡亮度的改变，电功率是否发生改变？据此提出问题：电路中，小灯泡的明暗和电压、电流有什么关系？电功率大小如何影响小灯泡亮度？小灯泡的亮度取决于什么？

二、猜想与假设

根据电功率的定义P=UI猜想：对于同一盏灯，可能是电压增大，电流也增大，电功率也变大，灯泡亮度增大；相反，电压减小，电流也减小，电功率也变小，灯泡变暗。小灯泡的亮度受实际电功率大小影响。

三、设计实验

我们可以设计如图1所示的电路，通过测量电压和电流进行实验验证。通过滑动变阻器改变小灯泡两端的电压，分别在大于额定电压、等于额定电压、小于额定电压的情况下，测出相应的通过小灯泡的电流。根据P=UI算出小灯泡三种情况的电功率，观察小灯泡的明暗程度，验证自己的猜想是否正确。

实验器材：电源（电池组）1个，小灯泡1个（额定电压2.5V），开关1个，电流表1个，电压表1个，滑动变阻器1个，导线若干。

四、进行实验，收集证据

1.检查实验器材，按图1所示连接实物电路，断开开关，从电源的正极出发，依次连接开关、滑动变阻器、电流表、小灯泡、电压表。

2.合上开关，调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压为2.5V，观察小灯泡的亮度，读出电压表和电流表的示数，填入表1。

3.调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压为3V。观察小灯泡的亮度，读出电压表和电流表的示数，填入表1。

4.调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压为2V。观察小灯泡的亮度，读出电压表和电流表的示数，填入表1。

5.断开开关。整理实验器材。

五、分析论证，得出结论

由公式P=UI，可以计算小灯泡的功率，将计算结果填入表1中，通过分析和比较得出结论。分析表1的实验数据，思考：一方面小灯泡在什么情况下正常发光？额定功率是多少？什么情况下小灯泡比正常情况更亮？实际功率是多少？什么情况下小灯泡比正常情况更暗？实际功率又是多少？另一方面，小灯泡亮度的变化跟它的实际功率大小有什么关系？分析此数据，比较灯泡的亮暗程度与电功率间的关系。据此你能得出什么结论？

（1）当U=U时，P=P，正常发光。

（2）当U额

时，P

额，较暗。

（3）当U>U时，P>P，较亮。

综合以上两方面思考，可以得出如下实验结论：

（1）不同电压下，小灯泡的功率不同。实际电压越大，小灯泡的实际功率越大。

（2）小灯泡的亮度由小灯泡的实际功率决定，实际功率越大，小灯泡越亮。

六、交流与评估

根据前面学习，测小灯泡的电功率和用“伏安法”测电阻两实验有相似之处，也有明显区别。它们的主要区别如下：

“伏安法”测定值电阻的阻值要多次测量求平均值减小误差，而测小灯泡的电功率为何不能求平均值呢？随着小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流的改变，小灯泡的功率也在改变，不同的电压下，小灯泡的电功率不同，小灯泡的实际功率是不断变化的，因此求功率的平均值是没有意义的。实验三次是为了比较在不同电压下小灯泡的功率和发光情况。所以测小灯泡的电功率不能求平均值。

实验注意事项：

1.按电路图l连接实物电路时注意：

（1）连接过程中开关应始终处于断开状态。

（2）根据小灯泡的额定电压值，估计电路中电流、电压的最大值，选择电流表和电压表合适的量程，并注意正、负接线柱的连接及滑动变阻器“一上一下”的正确接法。

（3）连接好电路以后，对照电路图，逐个元件检查一遍，保证电路连接正确并试触。

2.合上开关前，应检查滑动变阻器滑片是否在最大值的位置上。滑动变阻器允许通过的最大电流要大于小灯泡的正常工作电流，而滑动变阻器的最大电阻值应与小灯泡的电阻差不多。以使调节效果明显。

3.调节滑动变阻器的过程中，要明白向什么方向移动滑片可以使滑动变阻器阻值变大或变小。怎么调能使小灯泡两端电压变大或变小。根据串联分压原理进行判断，准确熟练地调节滑动变阻器，使小灯泡在等于额定电压、略高于额定电压和略低于额定电压三种条件下发光。

责任编辑/蔡华杰