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4. [科学推理]实验小组进行“测量小灯泡的电功率”实验。现有器材:小灯泡L（$U_{额}=$2.5 V,额定功率约为0.8 W）、电压为3 V且保持不变的电源、标有“20 Ω 1 A”字样的滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线若干。
（1）请用笔画线代替导线,将图甲中的实物连接完整。（导线不允许交叉）
乙
（2）①小明检查电表量程的选择和电路的连接都无误后。闭合开关,将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处,开始实验。小丽指出小明的实验操作存在错误,正确的操作应是。
②正确操作后,继续实验的过程中,电压表指针出现如图乙所示的情况。经检查只有滑动变阻器发生故障,则故障可能是滑动变阻器（选填“开路”或“被短接”）。
（3）排除故障后,继续实验,获取实验数据。当电压表示数为2.5 V时,电流表表盘如图丙所示,通过计算可知,小灯泡L的额定功率为W。
（4）完成实验后,小明设计了如图丁所示的电路,想要用原有的实验器材和定值电阻$R_0$,在不使用电流表的情况下,测量该小灯泡L的额定功率。请你帮助他完成实验方案:
①检查电路无误后,闭合开关S,将开关$S_1$接a,调节滑动变阻器的滑片直至电压表示数为V;
②保持滑片不动,再将开关$S_1$接b,读出电压表示数为$U_0$;
③小灯泡L的额定功率$P_{额}=$（用$U_{额}、U_0、R_0$表示）。
（5）小明找来了阻值为20 Ω的定值电阻$R_0$,按照该方案进行测量。你认为小明能否测出该小灯泡L的额定功率?请说明你的判断依据:。
（1）请用笔画线代替导线,将图甲中的实物连接完整。（导线不允许交叉）
乙
（2）①小明检查电表量程的选择和电路的连接都无误后。闭合开关,将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处,开始实验。小丽指出小明的实验操作存在错误,正确的操作应是。
②正确操作后,继续实验的过程中,电压表指针出现如图乙所示的情况。经检查只有滑动变阻器发生故障,则故障可能是滑动变阻器（选填“开路”或“被短接”）。
（3）排除故障后,继续实验,获取实验数据。当电压表示数为2.5 V时,电流表表盘如图丙所示,通过计算可知,小灯泡L的额定功率为W。
（4）完成实验后,小明设计了如图丁所示的电路,想要用原有的实验器材和定值电阻$R_0$,在不使用电流表的情况下,测量该小灯泡L的额定功率。请你帮助他完成实验方案:
①检查电路无误后,闭合开关S,将开关$S_1$接a,调节滑动变阻器的滑片直至电压表示数为V;
②保持滑片不动,再将开关$S_1$接b,读出电压表示数为$U_0$;
③小灯泡L的额定功率$P_{额}=$（用$U_{额}、U_0、R_0$表示）。
（5）小明找来了阻值为20 Ω的定值电阻$R_0$,按照该方案进行测量。你认为小明能否测出该小灯泡L的额定功率?请说明你的判断依据:。
答案
4.(1)
(2)①先将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处,再闭合开关 ②开路 (3)0.75 (4)①0.5 ③$\frac{U_{额}U_0}{R_0}$ (5)不能;由前面的实验可知,若小灯泡L正常发光,$I_L=0.3\ \mathrm{A}$,$R_0$与小灯泡串联,$R_0$两端的电压$U_0=I_LR_0=0.3\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$,即$R_0$两端的电压大于电源电压,因此不能满足实验要求,所以不可行【解析】(1)小灯泡L的额定电压$U_{额}=2.5\ \mathrm{V}$,额定功率约为0.8 W,由$P=UI$可知,小灯泡的额定电流约为$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{0.8\ \mathrm{W}}{2.5\ \mathrm{V}}=0.32\ \mathrm{A}$,电流表应选用小量程串联在电路中。(2)①为了保护电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处;②由图乙可知,电压表示数为0,说明与电压表并联的电路短路或电压表与电源之间存在开路,即故障可能是滑动变阻器开路。(3)小灯泡额定功率$P'_{额}=U_{额}I'_{额}=2.5\ \mathrm{V} × 0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$。(4)①由电路图可知,闭合开关S,$S_1$拨至a时,电压表测定值电阻和滑动变阻器两端的电压;为了测小灯泡的额定功率,需要让小灯泡在额定电压下工作,此时电压表的示数$U'=U-U_{额}=3\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=0.5\ \mathrm{V}$;③保持滑片位置不动,开关$S_1$拨至b,电压表测定值电阻两端的电压,此时电压表的示数为$U_0$,电路中的电流$I_{额}=I_0=\frac{U_0}{R_0}$,小灯泡的额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=\frac{U_{额}U_0}{R_0}$。(5)能否借助阻值为20 Ω的定值电阻$R_0$来测量小灯泡的额定功率,需要根据小灯泡正常发光时的电流来计算定值电阻两端的电压,看其是否大于电源电压,若大于电源电压,则该方法不能测出小灯泡的额定功率。
解析
【分析】
1. 第(1)问：连接实物时，需根据灯泡额定电压（2.5V）选电压表0~3V量程，根据额定功率（约0.8W）计算额定电流约0.32A，选电流表0~0.6A量程，电流表串联在电路中、电压表并联在灯泡两端，导线不交叉即可完成连接。
2. 第(2)问①：实验操作中，闭合开关前滑动变阻器应调至最大阻值以保护电路，小明闭合开关后才调滑片，操作错误，正确做法是先将滑动变阻器滑片调至最大阻值处，再闭合开关；②电压表无示数且只有滑动变阻器故障，说明电路开路，故障为滑动变阻器开路。
3. 第(3)问：额定电压为2.5V时，电流表用0~0.6A量程，读数为0.3A，根据电功率公式P=UI计算额定功率。
4. 第(4)问：无电流表时，利用串联电路电流相等的特点，测滑动变阻器与定值电阻R₀的总电压，减去灯泡额定电压得0.5V；再测R₀两端电压，通过欧姆定律计算电流，进而推导额定功率表达式。
5. 第(5)问：计算灯泡正常发光时R₀两端的电压，判断是否超过电源电压，进而确定能否完成实验。
【解析】
(1) 小灯泡额定电压为2.5V，额定功率约0.8W，额定电流$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{0.8\ \mathrm{W}}{2.5\ \mathrm{V}}=0.32\ \mathrm{A}$，因此电流表选0~0.6A量程串联在电路中，电压表选0~3V量程并联在小灯泡两端，连接实物（导线不交叉）。
(2) ①为保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器滑片调至阻值最大处，小明闭合开关后才调滑片，操作错误，正确操作是先将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，再闭合开关；②电压表无示数且只有滑动变阻器故障，说明电路开路，故障为滑动变阻器开路。
(3) 电流表量程为0~0.6A，分度值0.02A，示数为0.3A，小灯泡额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$。
(4) ①闭合开关S，S₁接a时，电压表测滑动变阻器和R₀的总电压，要使灯泡正常发光，其电压为2.5V，电源电压为3V，因此电压表示数为$3\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=0.5\ \mathrm{V}$；②保持滑片不动，S₁接b时，电压表测R₀两端电压$U_0$，电路电流$I=I_0=\frac{U_0}{R_0}$，等于灯泡额定电流，故额定功率$P_{额}=U_{额}I=\frac{U_{额}U_0}{R_0}$。
(5) 灯泡正常发光时电流约0.3A，R₀=20Ω，其两端电压$U_0=I_LR_0=0.3\ \mathrm{A}×20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，超过电源电压，无法满足实验要求，故不能测出额定功率。
【答案】
(1)
(2) ①先将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，再闭合开关；②开路
(3) 0.75
(4) ①0.5；③$\frac{U_{额}U_0}{R_0}$
(5) 不能；由前面的实验可知，若小灯泡L正常发光，$I_L=0.3\ \mathrm{A}$，$R_0$与小灯泡串联，$R_0$两端的电压$U_0=I_LR_0=0.3\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，即$R_0$两端的电压大于电源电压，因此不能满足实验要求，所以不可行
【知识点】
测量小灯泡的电功率；电路故障分析；电功率计算
【点评】
本题是“测量小灯泡的电功率”的综合实验题，涵盖实物连接、实验操作规范、电路故障分析、特殊方法测电功率等核心考点，注重对实验原理和方法的考查，是电学实验的典型题型，需要学生掌握实验的核心逻辑和拓展应用。
【难度系数】
0.5
1. 第(1)问：连接实物时，需根据灯泡额定电压（2.5V）选电压表0~3V量程，根据额定功率（约0.8W）计算额定电流约0.32A，选电流表0~0.6A量程，电流表串联在电路中、电压表并联在灯泡两端，导线不交叉即可完成连接。
2. 第(2)问①：实验操作中，闭合开关前滑动变阻器应调至最大阻值以保护电路，小明闭合开关后才调滑片，操作错误，正确做法是先将滑动变阻器滑片调至最大阻值处，再闭合开关；②电压表无示数且只有滑动变阻器故障，说明电路开路，故障为滑动变阻器开路。
3. 第(3)问：额定电压为2.5V时，电流表用0~0.6A量程，读数为0.3A，根据电功率公式P=UI计算额定功率。
4. 第(4)问：无电流表时，利用串联电路电流相等的特点，测滑动变阻器与定值电阻R₀的总电压，减去灯泡额定电压得0.5V；再测R₀两端电压，通过欧姆定律计算电流，进而推导额定功率表达式。
5. 第(5)问：计算灯泡正常发光时R₀两端的电压，判断是否超过电源电压，进而确定能否完成实验。
【解析】
(1) 小灯泡额定电压为2.5V，额定功率约0.8W，额定电流$I_{额}=\frac{P_{额}}{U_{额}}=\frac{0.8\ \mathrm{W}}{2.5\ \mathrm{V}}=0.32\ \mathrm{A}$，因此电流表选0~0.6A量程串联在电路中，电压表选0~3V量程并联在小灯泡两端，连接实物（导线不交叉）。
(2) ①为保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器滑片调至阻值最大处，小明闭合开关后才调滑片，操作错误，正确操作是先将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，再闭合开关；②电压表无示数且只有滑动变阻器故障，说明电路开路，故障为滑动变阻器开路。
(3) 电流表量程为0~0.6A，分度值0.02A，示数为0.3A，小灯泡额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$。
(4) ①闭合开关S，S₁接a时，电压表测滑动变阻器和R₀的总电压，要使灯泡正常发光，其电压为2.5V，电源电压为3V，因此电压表示数为$3\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=0.5\ \mathrm{V}$；②保持滑片不动，S₁接b时，电压表测R₀两端电压$U_0$，电路电流$I=I_0=\frac{U_0}{R_0}$，等于灯泡额定电流，故额定功率$P_{额}=U_{额}I=\frac{U_{额}U_0}{R_0}$。
(5) 灯泡正常发光时电流约0.3A，R₀=20Ω，其两端电压$U_0=I_LR_0=0.3\ \mathrm{A}×20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，超过电源电压，无法满足实验要求，故不能测出额定功率。
【答案】
(1)
(2) ①先将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，再闭合开关；②开路
(3) 0.75
(4) ①0.5；③$\frac{U_{额}U_0}{R_0}$
(5) 不能；由前面的实验可知，若小灯泡L正常发光，$I_L=0.3\ \mathrm{A}$，$R_0$与小灯泡串联，$R_0$两端的电压$U_0=I_LR_0=0.3\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，即$R_0$两端的电压大于电源电压，因此不能满足实验要求，所以不可行
【知识点】
测量小灯泡的电功率；电路故障分析；电功率计算
【点评】
本题是“测量小灯泡的电功率”的综合实验题，涵盖实物连接、实验操作规范、电路故障分析、特殊方法测电功率等核心考点，注重对实验原理和方法的考查，是电学实验的典型题型，需要学生掌握实验的核心逻辑和拓展应用。
【难度系数】
0.5
