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典例4（16分）在“测量小灯泡功率”的实验中，小灯泡上标有“2.5 V”的字样。小明连接了如图甲所示的电路。
(1)(2分)请用笔画线代替导线将实物电路图连接完整。
(2)连接好电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移动到最端位置。闭合开关后，他移动滑动变阻器的滑片使小灯泡正常发光，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是W。
(3)本实验电路除了能测出小灯泡的功率，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，小华认为还能探究电流与电压的关系。你认为的观点是错误的，理由：。
(4)同组的小惠也设计了一个电路，如图丙所示，也测出了该小灯泡的额定功率，其中定值电阻的阻值R＝10 Ω，正确的操作过程如下：
①只闭合开关S和S₂，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为$ I_1 = $A；
②只闭合开关S和S₁，，读出电流表示数为$ I_2 $；
③用测量值$ I_1 $、$ I_2 $和小灯泡的额定电压$ U_{额} $表示小灯泡的额定功率，$ P_{额} = $（用已知物理量表示）。
(1)(2分)请用笔画线代替导线将实物电路图连接完整。
(2)连接好电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移动到最端位置。闭合开关后，他移动滑动变阻器的滑片使小灯泡正常发光，电流表示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是W。
(3)本实验电路除了能测出小灯泡的功率，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，小华认为还能探究电流与电压的关系。你认为的观点是错误的，理由：。
(4)同组的小惠也设计了一个电路，如图丙所示，也测出了该小灯泡的额定功率，其中定值电阻的阻值R＝10 Ω，正确的操作过程如下：
①只闭合开关S和S₂，调节滑动变阻器的滑片，使电流表示数为$ I_1 = $A；
②只闭合开关S和S₁，，读出电流表示数为$ I_2 $；
③用测量值$ I_1 $、$ I_2 $和小灯泡的额定电压$ U_{额} $表示小灯泡的额定功率，$ P_{额} = $（用已知物理量表示）。
答案
解：
(1) 实物连线要求：电流表选用0~0.6A量程串联接入电路，将电流表的“0.6”接线柱与滑动变阻器上方任意一个接线柱相连；电压表选用0~3V量程并联在小灯泡两端，电压表正接线柱接小灯泡右端，负接线柱接小灯泡左端，连线无交叉即可。
(2) 右；0.7
(3) 小华；探究电流与电压的关系需要控制电阻大小不变，小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大，无法保持电阻恒定
(4) ①0.25
②保持滑动变阻器的滑片位置不变
③$U_{额}(I_2-I_1)$
(1) 实物连线要求：电流表选用0~0.6A量程串联接入电路，将电流表的“0.6”接线柱与滑动变阻器上方任意一个接线柱相连；电压表选用0~3V量程并联在小灯泡两端，电压表正接线柱接小灯泡右端，负接线柱接小灯泡左端，连线无交叉即可。
(2) 右；0.7
(3) 小华；探究电流与电压的关系需要控制电阻大小不变，小灯泡灯丝的电阻随温度升高而增大，无法保持电阻恒定
(4) ①0.25
②保持滑动变阻器的滑片位置不变
③$U_{额}(I_2-I_1)$
变式4（6分）小黄现有一个标有“2.5 V”字样的小灯泡，他想知道小灯泡的额定功率，于是连接了如图甲所示的实验电路。
(1)小黄把滑片移到最左端，闭合开关发现小灯泡不亮，但发现电流表与电压表均有示数，请分析小灯泡不亮的原因：。
(2)排除故障后，小黄移动滑片读出了三组实验数据。粗心的小黄把三次数据随手写在草稿纸上而没有填写在对应的表格中，如图乙所示。请你根据数据帮助小黄计算出小灯泡的额定功率：W。
(3)完成上述实验后，小黄向老师借了一个变阻箱和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的电路，根据以下实验方案测出了灯泡的额定功率：
①检查电路无误后闭合开关$S_1$，将$S_2$拨到触点2。调节变阻箱电阻，当电压表示数为$U_{额}$时，读出变阻箱的电阻为$R$。
②保持变阻箱电阻不变，将$S_2$拨到触点1，读出此时电压表的示数$U_0$。
③求出小灯泡的额定功率$P_{额} = $（用$U_{额}$、$U_0$、$R$表示）。
(1)小黄把滑片移到最左端，闭合开关发现小灯泡不亮，但发现电流表与电压表均有示数，请分析小灯泡不亮的原因：。
(2)排除故障后，小黄移动滑片读出了三组实验数据。粗心的小黄把三次数据随手写在草稿纸上而没有填写在对应的表格中，如图乙所示。请你根据数据帮助小黄计算出小灯泡的额定功率：W。
(3)完成上述实验后，小黄向老师借了一个变阻箱和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的电路，根据以下实验方案测出了灯泡的额定功率：
①检查电路无误后闭合开关$S_1$，将$S_2$拨到触点2。调节变阻箱电阻，当电压表示数为$U_{额}$时，读出变阻箱的电阻为$R$。
②保持变阻箱电阻不变，将$S_2$拨到触点1，读出此时电压表的示数$U_0$。
③求出小灯泡的额定功率$P_{额} = $（用$U_{额}$、$U_0$、$R$表示）。
答案
解：
(1) 滑动变阻器接入电路的阻值最大，电路中电流过小，小灯泡的实际功率远小于其额定功率，因此小灯泡不发光
(2) 0.75
(3) $\dfrac{U_{\mathrm{额}}(U_0-U_{\mathrm{额}})}{R}$
(1) 滑动变阻器接入电路的阻值最大，电路中电流过小，小灯泡的实际功率远小于其额定功率，因此小灯泡不发光
(2) 0.75
(3) $\dfrac{U_{\mathrm{额}}(U_0-U_{\mathrm{额}})}{R}$
典例5（9分）如图甲所示是某款电火锅，其内部简化电路如图乙所示。S₁是旋钮开关，S₂是温控开关（当锅体温度达到设定值时自动断开；当锅体温度低于一定值时自动闭合），R是指示灯的分压电阻，不起到加热作用。发热管内部结构如图丙所示，滑片转动时只能与滑动触头接触，0挡为断开状态，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ挡是不同功率的挡位，电热丝被均分为四段接入电路，其他元件的电阻均忽略不计。
(1)S₁从0挡转到Ⅰ挡开始工作，温控开关S₂的状态是（选填“断开”或“闭合”）。
(2)加热时，锅内水温逐渐升高，其中改变水的内能的方式是（选填“做功”或“热传递”）。
(3)图丙中，滑片顺时针转动，发热管的加热功率增大，Ⅳ挡时功率最大。则接线柱a、b、c中连入电路的应该是。
(4)(3分)已知电火锅Ⅳ挡加热功率为1000 W。若电火锅在Ⅲ挡工作5 min，求发热管消耗的电能。
(1)S₁从0挡转到Ⅰ挡开始工作，温控开关S₂的状态是（选填“断开”或“闭合”）。
(2)加热时，锅内水温逐渐升高，其中改变水的内能的方式是（选填“做功”或“热传递”）。
(3)图丙中，滑片顺时针转动，发热管的加热功率增大，Ⅳ挡时功率最大。则接线柱a、b、c中连入电路的应该是。
(4)(3分)已知电火锅Ⅳ挡加热功率为1000 W。若电火锅在Ⅲ挡工作5 min，求发热管消耗的电能。
答案
解：
(1) 闭合
(2) 热传递
(3) b、c
(4) 设电热丝每段的电阻为$R_0$，根据$P=\frac{U^2}{R}$：
Ⅳ挡时接入电路的电阻为$R_0$，则$P_Ⅳ=\frac{U^2}{R_0}=1000\ \mathrm{W}$
Ⅲ挡时接入电路的电阻为$2R_0$，此时加热功率：
$P_Ⅲ=\frac{U^2}{2R_0}=\frac{P_Ⅳ}{2}=\frac{1000\ \mathrm{W}}{2}=500\ \mathrm{W}$
工作时间$t=5\ \mathrm{min}=300\ \mathrm{s}$
发热管消耗的电能：
$W=P_Ⅲ t=500\ \mathrm{W} × 300\ \mathrm{s}=1.5×10^5\ \mathrm{J}$
答：发热管消耗的电能为$1.5×10^5\ \mathrm{J}$。
(1) 闭合
(2) 热传递
(3) b、c
(4) 设电热丝每段的电阻为$R_0$，根据$P=\frac{U^2}{R}$：
Ⅳ挡时接入电路的电阻为$R_0$，则$P_Ⅳ=\frac{U^2}{R_0}=1000\ \mathrm{W}$
Ⅲ挡时接入电路的电阻为$2R_0$，此时加热功率：
$P_Ⅲ=\frac{U^2}{2R_0}=\frac{P_Ⅳ}{2}=\frac{1000\ \mathrm{W}}{2}=500\ \mathrm{W}$
工作时间$t=5\ \mathrm{min}=300\ \mathrm{s}$
发热管消耗的电能：
$W=P_Ⅲ t=500\ \mathrm{W} × 300\ \mathrm{s}=1.5×10^5\ \mathrm{J}$
答：发热管消耗的电能为$1.5×10^5\ \mathrm{J}$。
