测小灯泡的电功率不能求平均值吗.docx

测小灯泡的电功率不能求平均值吗一次，学生问我，老师，测小灯泡电功率的实验中，为什么不能求小灯泡电功率的平均值，同时又找到一个中考题作为例题进行说明.题1小明用如图1所示电路做“测量小灯泡电功率”实验，已知小灯泡的额定电压为2.5V.（1）小明检查仪器时，发现电流表指针如图2甲所示，则小明接下来的操作是.（2）电路正确连接后，闭合开关，移动滑片P,发观灯泡总不亮，且电流表无示数，但电压表示数接近3V,则故障原因可能是A.灯泡短路B.灯泡断路C.滑动变阻器某处断路D.开关接触不良（3）排除故障后，当电压表示数为V时，小灯泡正常发光，此时电流表指针如图2乙所示，由此可知，小灯泡的额定功率为W.（4）实验中，小明通过移动滑动变阻器的滑片，多次测量通过小灯泡的电流和它两端的电压，在对测量的数据进行记录和处理时，小明设计了如下表格，你认为这张表格的设计是（正确/错误）的，原因是.表1次数111112113电压U/V电流I/A电功率P/W电功率平均值P/W此题是各地中考命题中的热点问题，学生往往会受到思维定势的影响，认为在处理数据时求平均值可以减小误差.所以很多学生在答题时认为此表格设计是正确的，原因是求平均值可以减小误差.那么到底表格设计正确还是错误呢？首先要对误差有一个认识.每一个物理量都是客观存在，在一定的条件下具有不以人的意志为转移的客观大小，人们将它称为该物理量的真值.进行测量是想要获得待测量的真值.然而测量要依据一定的理论或方法，使用一定的仪器，在一定的环境中，由具体的人进行.由于实验理论上存在着近似性，方法上难以很完善，实验仪器灵敏度和分辨能力有局限性，周围环境不稳定等因素的影响，待测量的真值是不可能测得的，测量结果和被测量真值之间总会存在或多或少的偏差，这种偏差就叫做测量值的误差.测量误差分为系统误差和随机误差，随机误差也称为偶然误差.误差是不可避免的，但是我们可以想办法减小误差.随机误差处理的基本方法是概率统计方法.处理的前提是系统误差可以忽略不计,或者其影响事先已被排除或事后肯定可予排除.系统误差的处理虽然无统一的方法可循，但是，首先应尽可能预见到各种误差来源而采取技术措施予以消除或削弱其影响.其次，应选择适当的测量方法，以便尽可能削弱系统误差对最终测量结果的影响.所以，对实验数据进行分析处理时，多次测量求平均值可以减小随机误差.选用更精密的测量仪器可以减小系统误差.而利用多次测量取平均值的方法减小随机误差的前提是在一列等精度测量中，每次测量的误差是无规律的，其值或大或小，或正或负，其偶然误差的算术平均值，随着观测次数的无限增大而趋于零.测小灯泡电功率的实验中，要测出小灯泡在不同电压下消耗的电功率，即低于额定电压、等于额定电压、高于额定电压三种情况下小灯泡的电功率，小灯泡在不同电压下的电功率相差很大，不符合求平均值减小偶然误差的条件.所以不能求电功率的平均值.题1中第（4）问的正确答案是“错误”，原因是灯泡在不同电压下的功率不同，求不同电压下灯泡功率的平均值没有意义，因此小明设计的表格错误.学生听了我的解释之后，对这个问题好像搞清楚了.过了一天，学生又拿来一道题问我，老师，您看这道题也是测小灯泡电功率，为什么可以求平均值呀！题2在“测定小灯泡额定功率”的实验中，电源电压为6V,小灯泡的额定电压为3.8V.（1）小明在连接实验电路时还有导线未接上，如图3甲所示，请用笔画线代替导线把图3甲中的电路连接好（导线不得交叉）.（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应该移到（填“A"或"B”）端.（3）实验时，要使小灯泡正常发光，应移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数为V,此时电流表的示数如图3乙所示，其示数为A,那么小灯泡的额定功率是W.（4）小华为了得到比较准确的小灯泡额定功率，她用同一套器材做了三次实验（她将电压表调到3.8V,图3丙是其中一次实验所调的电压表示数），获得三组数据，并进行了数据处理，见表2.表2实验序号111112113电流示数A11O.71110.69110.68额定功率/W112.698112.622112.584额定功率的平均值W11P=2.698+2.622+2.584113=2.635他测得功率有差异的主要原因是.这样处理数据的方法是否正确？（填“正确”或“不正确”）,其理由是.本题是2012年江苏省扬州市的中考题中的第28题图，主要是通过实验探究用电器的电功率.我查阅了有关资料：发现题2第（4）问不同的参考资料给的答案是不同的.比如黄河出版传媒集团，宁夏人民教育出版社出版的江苏专版中考档案物理中161页选编的第22题，给出的答案：灯泡在不同的实际电压下工作，测量的电功率各不相同不正确灯泡的电阻随温度的变化而变化，功率不能求平均值.原子能出版社出版的2013中考零距离物理复习教程第130页第8题，给出的答案灯泡的电阻随温度的变化而变化；不正确；功率不能求平均值；从网址上搜到2012年扬州市中考物理试题解析中第（4）问的答案是：灯泡的电阻随温度的变化而变化；不正确；用电器只有实际电压等于额定电压，实际功率才等于额定功率.而江苏省十三市2012年中考试题汇编中第（4）问的答案是：电流表或电压表有误差正确；减小误差.同一个问题，还是中考试题，为什么会出现两种不同的答案呢？是题目本身存在不足，还是对误差理解不足，给出的参考答案有问题呢？分析题目用同一套器材做了三次实验（她将电压表调到3.8V,图丙是其中一次实验所调的电压表示数），获得三组数据.这三组数据有一个共同的前提条件是电压都是3.8V,又是同一个灯泡则测得的电流应该一样才对.而表格中的数据三次电流虽然不相同，但相差不大.应该属于偶然误差，不是系统误差.再来分析所使用的实验器材,学生用的电压表有两个量程，即O3V量程，分度值是0.1V；而015V量程，分度值是0.5V.学生用的电流表也有两个量程，即。0.6A量程，分度值是0.02A；03A量程，分度值是0.1A.根据实验要求和测得的数据可以判断电压表是选择015V量程，电流表是选择03A的量程.如图丙我们不难看出，调节滑动变阻器使电压表示数为3.8V,是不容易调节的.而电流表读数时小于0.1A的是估计值.所以测出的三组数据不是因为灯泡灯丝电阻变化导致电流变化的，不是系统误差.应该是实验过程电流表和电压表的精确程度和读数带来的偶然误差.在这个实验中，多次测量的目的就是为了减小测量误差.可以用三次测量的平均值作为灯泡的额定功率.通过对两个测小灯泡电功率的实验题的分析可以看出，如果是测小灯泡在不同电压下的电功率，由于灯泡温度的变化影响灯丝电阻的改变，小灯泡的电功率是不同的，这不是误差，所以不能求灯泡功率的平均值.如果是测小灯泡在相同的电压（如额定电压）下的电功率，可以用功率的平均值作为灯泡的电功率，这样可以减小偶然误差.