师:同学们,大家好!今天我们一起来学习第十五章第三节“怎样使用电器正常工作”。在生活中,大家肯定见过这样的场景:按动开关,注意观察灯泡的亮度。大家要思考为什么灯泡的亮度会变化。首先,我们从认识用电器的铭牌开始。
(展示白炽灯和录音机的铭牌)大家看,这两个铭牌上都标有“220伏”,这个“220伏”是什么含义呢?我们通过下面的实验来探究一下。
把用电器和接触调压器相连,接入家庭电路,转动调压器圆盘,改变用电器的工作电压,同时观察用电器的工作情况。转动调压器圆盘,注意观察灯泡亮度的变化,还要注意倾听声音的变化。
(实验结束)在刚刚的实验中,我们发现白炽灯随着电压的降低,灯泡越来越暗,直至不发光。我们可以把小灯泡的发光情况记录为:等于标示值时正常发光,低于标示的电压值时发光暗淡。而录音机随着电压的降低发声逐渐失真,直至不发音。我们把录音机的情况记录为:等于标示的电压值时正常工作,低于标示值时失真。
分析上面的现象可知,当加在用电器上的电压等于标示的电压时,用电器能正常工作;当低于标示的电压时,用电器不能正常工作。在物理学中,把用电器正常工作时的电压值和电流值分别叫做额定电压和额定电流,记作U额、I额。用电器在额定电压下工作时消耗的电功率叫做额定电功率,记作P额。
(展示电饭锅和电热水器的名牌)同学们,你们能找到它们的额定电压和额定电功率吗?通过观察我们发现,这两种用电器的额定电压都是220伏,这也是中国家庭生活用电的电压。左边电饭锅的额定功率是1300瓦,右边电热水器的额定功率是3300瓦。
再次分析数据,我们可以发现用电器的标示电压就是我们刚刚介绍的额定电压。用电器在实际工作时,其电压可以等于标示电压,也可以小于标示电压。我们把用电器使用时加在用电器两端的电压值称之为实际电压,此时的电流称之为实际电流,用电器在实际电压下工作时消耗的电功率称之为实际电功率。一般情况下,用电器的电压若略大于标示值也能工作,但存在较大的安全隐患。
同学们,用电器的实际电功率和额定电功率之间有怎样的关系?我们又该如何测出用电器的电功率呢?下面就从最熟悉的小灯泡开始。怎样测量小灯泡的电功率?显然没有直接测量电功率的仪器,我们可以采用间接测量法。根据前面所学,可以通过下面两个公式计算出电功率,它们可以用来测电功率吗?从测量仪器来看,如果用第一个公式测量电功率,我们需要电能表和秒表,而家庭电路中的电能表不能测出小灯泡的电功率。如果用第二个公式测量电功率,则需要用到电流表和电压表,这是可以实现的,所以这就是本节课的原理:P = UI。
接着,请同学们思考,我们该如何改变小灯泡两端的电压呢?我们可以把电源直接接在小灯泡的两端,通过改变电源电压的方式来改变小灯泡的电压。我们还可以通过接入滑动变阻器的方法改变小灯泡两端的电压。哪一种方案更好呢?显然是方案二。通过方案二,我们可以方便地调节所需的电压值,同时滑动变阻器还具有保护电路的作用。我们只要在方案二的基础上加一个电流表测量小灯泡的电流,并加一个电压表测灯的电压,这就是本实验的原理图。
我们发现本实验是通过测量电压和电流的方法间接测算电功率的,这和我们前面说到的测电阻的方法相似,我们把这种方法称之为伏安法测电功率。根据上面的电路图,大家知道我们需要哪些器材吗?我们需要一只额定电压是2.5伏、额定电流是0.3安培的小灯泡,还需要滑动变阻器、电压表、电流表以及三节干电池,同时还需要导线和开关。
同学们,你们能设计出本实验需要的记录表格吗?实验中我们需要记录的测量量有电压、电流,计算量有电功率。为了更直观地反映出小灯泡的电功率,我们还需要观察小灯泡的发光情况。这就是本实验所需要的记录表格,记住,表格中电压符号是U,单位是伏特;电流符号是I,单位是安培;电功率符号是P,单位是瓦特。
请同学们进一步思考,我们需要选择哪些电压值来进行测量呢?电压大小有何要求?这是本实验使用的小灯泡,小灯泡上标有额定电压2.5伏,额定电流0.3安培。为了研究小灯泡在不同电压下工作时的电功率,我们记录三次数据。第一次让实际电压等于额定电压;第二次让实际电压小于额定电压,取0.8倍的U额;第三次,让实际电压略大于额定电压,取1.2倍的U额,最终我们选择测量的电压是2.5伏、2.0伏和3.0伏。
实验的准备工作已经完毕,同学们,让我们一起来写出实验步骤吧。第一步,按照电路图连接电路。第二步,检查电路无误后,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表示数分别为2.5伏、2.0伏、3.0伏,分别读出电流表的示数,并且观察小灯泡的亮度。第三步,用公式P = UI计算出不同电压下小灯泡的电功率。
现在让我们开始实验吧。首先按照电路图连接实物图。连接电路时,开关应处于断开状态,滑动变阻器应该一上一下连接,同时开关闭合前滑片P应处于阻值最大处。电流表要选择0 - 0.6安培量程,电压表选择0 - 3伏的量程。最后大家别忘了,电压表和电流表都应让电流从正接线柱流入,负接线柱流出。从电源正极开始,电流流出,经过开关,接到滑动变阻器,接着连接电流表,然后进入灯泡,最后连回电源负极。最后把电压表和小灯泡并联。
