【典型例题7】实验小组在测量小灯泡额定功率的实验中，用到的实验器材有：电压恒为6 V的电源、电流表、电压表、额定电压为2.5 V的小灯泡（正常发光时灯丝的电阻约为12 Ω）、滑动变阻器、开关和若干导线。

(1)请根据实验要求将图甲所示的电路连接完整（导线不能交叉）。
(2)电路连接完整，闭合开关S前，应将滑动变阻器的滑片P移到最（选填“左”或“右”）端。
(3)小组同学将电路连接无误后闭合开关，观察到小灯泡不亮且电流表有示数、电压表示数无数，电路中只有一处故障，则故障可能是。
(4)排除故障后，闭合开关，电压表的示数为1.8 V，此时应将滑动变阻器的滑片向（选填“左”或“右”）移动。小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为 W。
【拓展】实验中电压表意外损坏，小组同学讨论后，选用阻值为$R_0$的定值电阻进行实验，设计如图丙所示的电路也测出了额定电压为$U_{额}$的小灯泡的额定功率。请将实验步骤补充完整：
①闭合开关S、$S_1$，断开开关$S_2$，移动滑动变阻器的滑片P，使电流表的示数为；
②保持滑动变阻器的滑片P不动，只闭合开关S、$S_2$，读出电流表的示数为$I$；
③小灯泡的额定功率表达式$P_{额}＝$（用$U_{额}$、$I$、$R_0$表示）。
答案 (1)如图所示

(2)左 (3)小灯泡短路（或电压表短路） (4)右 0.5 【拓展】①$\frac{U_{额}}{R_{0}}$ ③$U_{额}(I-\frac{U_{额}}{R_{0}})$

(1)如图所示
[图1]
(2)左 (3)小灯泡短路（或电压表短路） (4)右 0.5 【拓展】①$\frac{U_{额}}{R_{0}}$ ③$U_{额}(I-\frac{U_{额}}{R_{0}})$

【分析】
本题围绕测量小灯泡额定功率的实验展开，解题思路如下：
1. 电路连接：测量小灯泡额定功率时，电流表串联、电压表并联在灯泡两端，需根据灯泡额定电压和正常发光电流选择电表量程，滑动变阻器按“一上一下”接线，保证导线不交叉。
2. 滑动变阻器初始位置：闭合开关前，滑动变阻器需调至最大阻值以保护电路，结合电路结构确定滑片位置。
3. 电路故障分析：电流表有示数说明电路通路，结合灯泡不亮、电压表示数为0的现象，判断短路类故障。
4. 额定功率调节与计算：电压低于额定值时，需减小滑动变阻器电阻以增大灯泡电压；根据电流表读数和额定电压计算额定功率。
5. 拓展部分：利用并联电路电压相等的特点，通过定值电阻的电流间接控制灯泡正常发光，再结合总电流计算灯泡额定电流，进而推导额定功率表达式。
【解析】
(1) 电路连接：小灯泡额定电压为2.5V，故电压表选0~3V量程并联在灯泡两端；正常发光时电流约为$I=\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{12Ω}≈0.21A$，电流表选0~0.6A量程串联在电路中；滑动变阻器按“一上一下”接线，导线不交叉，完成电路连接。
(2) 闭合开关前，滑动变阻器应调至最大阻值处，由电路结构可知，滑片移到左端时接入电阻最大，故填“左”。
(3) 电流表有示数说明电路为通路，小灯泡不亮且电压表示数为0，故障为小灯泡短路（或电压表短路，此时电压表测短路部分电压，示数为0，电路仍导通）。
(4) 电压表示数1.8V小于额定电压2.5V，需增大小灯泡两端电压，根据串联分压规律，应减小滑动变阻器接入电阻，故滑片向右移动；小灯泡正常发光时，电流表示数为0.2A，额定功率$P=U_{额}I=2.5V×0.2A=0.5W$。
【拓展】
① 闭合S、$S_1$，断开$S_2$时，定值电阻$R_0$与灯泡并联，要使灯泡正常发光，需让$R_0$两端电压等于额定电压$U_{额}$，此时通过$R_0$的电流为$I_0=\frac{U_{额}}{R_0}$，故电流表的示数应为$\frac{U_{额}}{R_0}$；
② 保持滑片不动，闭合S、$S_2$，断开$S_1$，电流表测干路电流$I$，此时灯泡的电流为$I_L=I - I_0=I - \frac{U_{额}}{R_0}$，因此小灯泡的额定功率$P_{额}=U_{额}I_L=U_{额}(I-\frac{U_{额}}{R_0})$。
【答案】
(1) 如图所示；(2) 左；(3) 小灯泡短路（或电压表短路）；(4) 右；0.5；【拓展】① $\frac{U_{额}}{R_{0}}$；③ $U_{额}(I-\frac{U_{额}}{R_{0}})$
【知识点】
测量小灯泡的额定功率；电路故障分析；滑动变阻器的使用
【点评】
本题为电学综合实验题，覆盖电路连接、滑动变阻器操作、故障判断、额定功率计算及特殊方法测电功率，重点考查学生对实验原理的理解和串并联电路规律的应用，拓展部分需结合并联电路特点分析，整体难度适中，适合巩固电学实验基础。
【难度系数】
0.6