16. 如图所示,甲同学在做“测量小灯泡的电功率”实验。实验器材:电源(电压恒为6 V)、小灯泡(额定电压为2.5 V,正常发光时灯丝电阻约为10 Ω)、电流表、电压表、开关各一个,规格分别为$R_1$(10 Ω 1 A)和$R_2$(30 Ω 0.5 A)的滑动变阻器各一个,导线若干。

(1)连接电路时,滑动变阻器应选(填“$R_1$”或“$R_2$”)。
(2)连接好电路后,闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数,电路故障原因是小灯泡。
(3)通过实验绘制出小灯泡的$U-I$图像如图乙所示,小灯泡的额定功率为W。
(4)乙同学设计了如图丙所示的电路,来测量另一只小灯泡的额定功率(已知灯泡的额定电压为$U_{额}$),$R_0$阻值已知。
①断开开关$S_3$,闭合开关$S_1$、$S_2$,调节滑动变阻器的滑片$P$,使得电流表示数为(用字母表示),此时灯泡正常发光;
②保持滑动变阻器的滑片$P$位置不变,断开开关$S_2$,闭合开关$S_1$、$S_3$,记下电流表的示数为$I$;
③小灯泡额定功率的表达式$P_{额}=$(用字母$U_{额}$、$I$、$R_0$表示)。

解：
(1) 小灯泡正常发光时，电路电流约为：
$I = \frac{U_{L额}}{R_L} = \frac{2.5\ \mathrm{V}}{10\ \Omega} = 0.25\ \mathrm{A}$
此时滑动变阻器两端电压：
$U_{\mathrm{滑}} = U_{\mathrm{总}} - U_{L额} = 6\ \mathrm{V} - 2.5\ \mathrm{V} = 3.5\ \mathrm{V}$
滑动变阻器需要接入的阻值：
$R_{\mathrm{滑}} = \frac{U_{\mathrm{滑}}}{I} = \frac{3.5\ \mathrm{V}}{0.25\ \mathrm{A}} = 14\ \Omega$
$14\ \Omega ＞ 10\ \Omega$，因此滑动变阻器选$\boldsymbol{R_2}$。
(2) 电流表有示数说明电路为通路，电压表无示数、小灯泡不亮，故障原因是小灯泡短路。
(3) 由图乙可知，小灯泡额定电压为2.5V时，对应的额定电流为0.25A，小灯泡的额定功率：
$P_{额} = U_{额}I_{额} = 2.5\ \mathrm{V} × 0.25\ \mathrm{A} = \boldsymbol{0.625}\ \mathrm{W}$
(4) ① 断开$S_3$，闭合$S_1$、$S_2$，灯泡L与$R_0$并联，电流表测$R_0$支路的电流，要使灯泡正常发光，需让并联部分电压等于灯泡额定电压$U_{额}$，因此电流表示数应为$\boldsymbol{\frac{U_{额}}{R_0}}$。
③ 保持滑片位置不变，断开$S_2$，闭合$S_1$、$S_3$，电流表测灯泡和$R_0$的总电流，灯泡的额定电流为$I - \frac{U_{额}}{R_0}$，因此小灯泡额定功率：
$P_{额} = \boldsymbol{U_{额}(I - \frac{U_{额}}{R_0})}$