1 [2025常州模拟]同学们在学习电学知识时发现,同一个电路可以同时测量小灯泡的电功率和正常发光时的电阻。器材有:电源(电压保持6 V不变)、标有“3.8 V”字样的小灯泡、滑动变阻器R、电流表、电压表、开关及导线若干。小明设计了如图甲所示电路。

(1) 正确连接电路后闭合开关,发现小灯泡不亮,但电流表有示数。接下来应进行的操作是(填字母)。
A. 检查电路是否存在电路故障
B. 移动滑动变阻器滑片,观察小灯泡是否发光
(2) 问题解决后,移动滑动变阻器滑片,当电压表示数为2.3 V时,为了让灯泡正常发光,此时应将滑片向(左/右)侧移动。
(3) 当灯泡正常发光时,电流表示数如图乙所示,为A,小灯泡额定功率为W;小灯泡正常发光时的阻值为(结果保留一位小数)。
(4) 根据收集到的实验数据发现,小灯泡在不同亮度下,它两端的电压与电流的比值不一样,根据多组实验数据描绘出小灯泡的I-U图像如图丙所示,当灯泡两端的电压为额定电压的一半时,灯泡的实际功率$ P_{实} $(＞/=/＜)$ \frac{1}{4}P_{额} $。
(5) 小华认为如果要测量小灯泡正常发光时的电阻,可以有更精确的测量方案,她初步设计了图丁所示的电路,请从滑动变阻器(0~20 Ω)、电阻箱(电阻值最小变化量为1 Ω,元件符号为$ \boxed{\mathrm{——}\boxed{\nearrow}\mathrm{——}} $)、电压表(0~3 V)中选择两个器材,并将它们的电路元件符号填入图丁合适的虚线框中,帮助小华完成电路设计。

1. (1) B (2) 左 (3) 0.3 1.14 12.7 Ω (4) ＞ (5) 如图所示

【分析】
(1) 电流表有示数说明电路是通路，小灯泡不亮是因为实际功率过小，由滑动变阻器接入电阻过大导致，因此应先移动滑片观察灯泡是否发光，而非直接排查断路故障。
(2) 灯泡额定电压3.8V，当前电压2.3V，需增大灯泡两端电压，根据串联分压规律，滑动变阻器接入电阻应减小，结合滑动变阻器接线，滑片向左移动时接入电阻变小。
(3) 电流表量程0~0.6A，分度值0.02A，读数为0.3A；额定功率由P=UI计算，电阻由R=U/I计算。
(4) 灯泡电阻随温度升高而增大，额定电压下电阻更大，当电压为额定电压一半时，电阻小于额定电阻，因此实际功率大于1/4额定功率。
(5) 电压表量程0~3V无法测3.8V，电源电压6V，故通过测滑动变阻器两端电压（6V-3.8V=2.2V，在电压表量程内）间接判断灯泡正常发光，据此选择器材填入虚线框。
【解析】
(1) 闭合开关后电流表有示数，说明电路为通路，小灯泡不亮的原因是滑动变阻器接入阻值过大，电路电流过小，灯泡实际功率不足，因此应移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光，故选B。
(2) 要使灯泡正常发光，需其两端电压达到额定电压3.8V，当前电压为2.3V，需增大灯泡两端电压。根据串联电路分压原理，滑动变阻器接入电阻越小，其分压越小，灯泡分压越大，因此应减小滑动变阻器接入电阻，结合图甲接线，滑片向左移动时接入电阻减小，故滑片向左移动。
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值0.02A，指针示数为0.3A；小灯泡额定功率P=U额I额=3.8V×0.3A=1.14W；正常发光时电阻R=U额/I额=3.8V/0.3A≈12.7Ω。
(4) 若灯泡电阻不变，P实=(U额/2)²/R=P额/4，但灯泡电阻随温度升高而增大，额定电压下温度更高，电阻更大，因此当电压为额定电压一半时，灯泡温度更低，电阻R实＜R额，故P实=(U额/2)²/R实 ＞ (U额²)/(4R额)=P额/4，即P实＞1/4P额。
(5) 由于电压表量程仅0~3V，无法直接测量灯泡额定电压3.8V，电源电压为6V，因此可通过测量滑动变阻器两端电压间接判断灯泡是否正常发光：当滑动变阻器两端电压为6V-3.8V=2.2V时，灯泡正常发光，该电压在电压表量程内。因此右上虚线框填电压表，右下虚线框填滑动变阻器，左虚线框填电阻箱，具体连接如图所示。
【答案】
(1) B (2) 左 (3) 0.3；1.14；12.7 Ω (4) ＞ (5)
【知识点】
伏安法测电功率、串联电路分压、欧姆定律
【点评】
本题综合考查电学实验核心知识点，涵盖电路故障分析、滑动变阻器调节、电功率与电阻计算、I-U图像理解及特殊方法测电阻，注重实验原理的灵活应用，是电学实验的典型题型，需学生具备较强的电路分析能力。
【难度系数】
0.5

2 新素养 科学思维 在“测定额定电压为2.5 V小灯泡的电功率”分组实验中：
（1）请用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整（要求：滑片向右滑动时电流表示数变大）。

（2）小明闭合开关后，发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，则故障可能是。排除故障后，移动滑片使小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则小灯泡额定功率为W。
（3）同组的小华在进行实验数据处理时，算出了小灯泡的平均功率（如表），你认为这样处理数据是（合理/不合理）的，理由是。

（4）完成上述实验后，小华又重新设计了如图丙所示电路，测量另一个小灯泡的额定功率，这个小灯泡正常工作的电流为$I_1$。请根据以下实验步骤写出小灯泡的额定功率表达式（已知电源电压U不变）。
① 只闭合开关$S_1$，移动滑动变阻器$R_2$的滑片，使电流表示数为$I_1$。
② 只闭合开关$S_2$，保持滑动变阻器$R_2$的滑片位置不变，调节滑动变阻器$R_1$的滑片，使电流表示数为$I_1$；再将滑动变阻器$R_2$的滑片调到最左端，读出电流表的示数为$I_2$。
小灯泡的额定功率表达式为$P_{额}=$。（用字母表示）

2. (1) 如图所示 (2) 小灯泡短路 0.75 (3) 不合理 小灯泡在不同的电压下的功率不同,计算平均功率没有意义 (4) $\frac{I_1^2}{I_2}U$

【分析】
本题围绕“测定小灯泡的电功率”实验展开，需分步骤解决各小问：
1. 第(1)问：连接电路时，滑动变阻器需满足“滑片向右滑动电流表示数变大”，即接入电阻变小，因此应接右下接线柱B；电压表需并联在小灯泡两端，选0~3V量程（匹配额定电压2.5V）。
2. 第(2)问：故障分析：电流表有示数说明电路为通路，小灯泡不亮、电压表无示数，说明小灯泡短路（短路时电压表测短路部分电压为0）；额定功率计算：额定电压2.5V，结合电流表示数（0.3A），用P=UI计算。
3. 第(3)问：小灯泡的功率随实际电压变化，不同电压下功率不同，求平均功率无意义，因此判断不合理。
4. 第(4)问：利用等效替代法，通过两次电流相等得到小灯泡正常工作的电阻，再结合欧姆定律推导额定功率表达式。
【解析】
(1) 电路连接：滑动变阻器接B接线柱（满足滑片右滑电阻变小，电流变大），电压表并联在小灯泡两端，选用0~3V量程，连接完整电路（对应参考答案的图）。
(2) 故障分析：电流表有示数→电路通路，电压表无示数、灯不亮→小灯泡短路；电流表示数为0.3A，额定功率$P=U_{额}I=2.5V×0.3A=0.75W$。
(3) 处理数据不合理：因为小灯泡的功率随实际电压变化，不同电压下的功率不同，计算平均功率没有实际意义，无法反映小灯泡的额定功率。
(4) 等效替代法推导：步骤②中，调节$R_1$使电流为$I_1$，此时$R_1$的阻值等于小灯泡正常工作的电阻；将$R_2$滑片调至最左端，电路为$R_2$的简单电路，电流$I_2$，故$R_2$的阻值$R=\frac{U}{I_2}$，即小灯泡正常工作的电阻$R=\frac{U}{I_2}$，因此额定功率$P_{额}=I_1^2 R=\frac{I_1^2 U}{I_2}$。
【答案】
(1)
(2) 小灯泡短路；0.75
(3) 不合理；小灯泡在不同电压下的功率不同，计算平均功率没有意义
(4) $\frac{I_1^2 U}{I_2}$
【知识点】
测定小灯泡电功率、电路故障分析、电功率计算
【点评】
本题是测定小灯泡电功率的综合实验题，涵盖电路连接、故障判断、电功率计算等核心知识点，全面考查学生的实验探究能力和科学思维，需注意等效替代法在测电阻中的应用，难度适中。
【难度系数】
0.5