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15. 实验小组的同学进行“测量小灯泡的电功率”实验.现有器材:小灯泡L($U_{额}$=2.5V,额定功率约为0.8W)、电压为3V且保持不变的电源、标有“20Ω 1A”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)
(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
(3)排除故障后,继续实验,获取实验数据.当电压表示数为2.5V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
(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
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$P_{额}=$
(5)小明找来了阻值为20Ω的定值电阻$R_0$,按照该方案进行测量.你认为小明
(选填“能”或“不能”)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)
(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
先将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，再闭合开关
.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
断路
(选填“断路”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2.5V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
0.75
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
0.5
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$P_{额}=$
$U_{额}·\frac{U_0}{R_0}$
(用$U_{额}$、$U_0$、$R_0$表示).(5)小明找来了阻值为20Ω的定值电阻$R_0$,按照该方案进行测量.你认为小明
(选填“能”或“不能”)测出该小灯泡L的额定功率,请说明你的判断依据：
由前面实验可知，若小灯泡L正常发光时，$I_L = 0.3 A$，$R_0$与小灯泡串联.$R_0$两端的电压$U_0 = IR_0 = 0.3 A×20 \Omega = 6 V＞3 V$，即$R_0$两端的电压大于电源电压，因此不能满足实验要求，所以不能
.答案
先将滑动变阻器的滑片调至阻值最大处，再闭合开关
断路
0.75
0.5
$U_{额}·\frac{U_0}{R_0}$
不能
由前面实验
可知，若小灯泡L正常发光时，$I_{\mathrm{L}}=0.3\ \mathrm{A}$，$R_0$与小灯泡串联。$R_0$两端的电压$U_0=IR_0=0.3\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，即$R_0$两端的电压大于电源电压，因此不能满足实验要求，所以不能
解析
【分析】
1. 第(1)问：测量小灯泡电功率的实验中，电流表需串联在电路中，电压表并联在小灯泡两端；根据灯泡额定电流$I=\frac{P}{U}=\frac{0.8\mathrm{W}}{2.5\mathrm{V}}=0.32\mathrm{A}$，选择0~0.6A量程，据此补全实物电路。
2. 第(2)问：①连接电路时，为保护电路，闭合开关前必须将滑片调至滑动变阻器最大阻值处，小明错误地先闭合开关再调节滑片，需纠正操作；②电压表指针反向偏转，说明电流从负接线柱流入，结合滑动变阻器故障分析：若滑动变阻器断路，电压表通过灯泡、开关接电源正极，另一端接电源负极侧，导致正负接线柱接反，指针反向偏；若滑动变阻器短路，电压表测灯泡电压，指针正向偏转，故故障为断路。
3. 第(3)问：先确定电流表量程和分度值，读出电流值，再利用$P=UI$计算灯泡额定功率。
4. 第(4)问：利用串联电路电压规律，要让灯泡正常发光，需使$R_0$与滑动变阻器的总电压为$3\mathrm{V}-2.5\mathrm{V}=0.5\mathrm{V}$，此时灯泡电压为额定电压；再通过$R_0$的电压计算电路电流（即灯泡额定电流），最后用$P=UI$推导额定功率表达式。
5. 第(5)问：计算灯泡正常发光时$R_0$所需的电压，与电源电压比较，若$R_0$所需电压大于电源电压，则无法满足实验条件，不能完成测量。
【解析】
(1) 实物电路连接：将电流表的“0.6”接线柱与开关的右接线柱相连，电流表的负接线柱与小灯泡的右接线柱相连（使电流表串联在电路中，电压表并联在小灯泡两端，导线不交叉），连接图如参考答案所示。
(2) ① 为保护电路，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 电压表指针反向偏转，结合滑动变阻器故障分析，故障为断路。
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，由丙图可知电流$I=0.3\mathrm{A}$，小灯泡额定电压$U_{\mathrm{额}}=2.5\mathrm{V}$，则额定功率$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}}I=2.5\mathrm{V} × 0.3\mathrm{A}=0.75\mathrm{W}$。
(4) ① 闭合开关S，$S_1$接a时，电压表测$R_0$与滑动变阻器的总电压，根据串联电路电压规律，需调节滑片使电压表示数为$3\mathrm{V}-2.5\mathrm{V}=\boldsymbol{0.5\mathrm{V}}$，此时灯泡正常发光。
③ 保持滑片不动，$S_1$接b时，电压表测$R_0$两端电压$U_0$，电路中电流$I=\frac{U_0}{R_0}$（即灯泡额定电流），故灯泡额定功率$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}} · \frac{U_0}{R_0}$。
(5) 由前面实验可知，灯泡正常发光时电流$I_{\mathrm{L}}=0.3\mathrm{A}$，若用20Ω的$R_0$，则$R_0$两端电压$U_0=I_{\mathrm{L}}R_0=0.3\mathrm{A} × 20\Omega=6\mathrm{V}＞3\mathrm{V}$（电源电压），即$R_0$两端所需电压大于电源电压，无法满足实验要求，故不能测出小灯泡的额定功率。
【答案】
(1) 实物连接图见参考答案
(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 断路
(3) $\boldsymbol{0.75}$
(4) ① $\boldsymbol{0.5}$；③ $\boldsymbol{U_{额}·\frac{U_0}{R_0}}$
(5) 不能；由前面实验可知，若小灯泡L正常发光时，$I_{\mathrm{L}}=0.3\ \mathrm{A}$，$R_0$与小灯泡串联。$R_0$两端的电压$U_0=IR_0=0.3\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，即$R_0$两端的电压大于电源电压，因此不能满足实验要求，所以不能
【知识点】
1. 测小灯泡电功率
2. 串联电路电压规律
3. 欧姆定律的应用
【点评】
本题综合考查小灯泡电功率的测量实验，涵盖实物电路连接、实验操作规范、电路故障分析、功率计算以及特殊方法测功率，需结合串联电路规律和欧姆定律解决问题，对实验操作能力和电路分析能力要求较高。
【难度系数】
0.4
1. 第(1)问：测量小灯泡电功率的实验中，电流表需串联在电路中，电压表并联在小灯泡两端；根据灯泡额定电流$I=\frac{P}{U}=\frac{0.8\mathrm{W}}{2.5\mathrm{V}}=0.32\mathrm{A}$，选择0~0.6A量程，据此补全实物电路。
2. 第(2)问：①连接电路时，为保护电路，闭合开关前必须将滑片调至滑动变阻器最大阻值处，小明错误地先闭合开关再调节滑片，需纠正操作；②电压表指针反向偏转，说明电流从负接线柱流入，结合滑动变阻器故障分析：若滑动变阻器断路，电压表通过灯泡、开关接电源正极，另一端接电源负极侧，导致正负接线柱接反，指针反向偏；若滑动变阻器短路，电压表测灯泡电压，指针正向偏转，故故障为断路。
3. 第(3)问：先确定电流表量程和分度值，读出电流值，再利用$P=UI$计算灯泡额定功率。
4. 第(4)问：利用串联电路电压规律，要让灯泡正常发光，需使$R_0$与滑动变阻器的总电压为$3\mathrm{V}-2.5\mathrm{V}=0.5\mathrm{V}$，此时灯泡电压为额定电压；再通过$R_0$的电压计算电路电流（即灯泡额定电流），最后用$P=UI$推导额定功率表达式。
5. 第(5)问：计算灯泡正常发光时$R_0$所需的电压，与电源电压比较，若$R_0$所需电压大于电源电压，则无法满足实验条件，不能完成测量。
【解析】
(1) 实物电路连接：将电流表的“0.6”接线柱与开关的右接线柱相连，电流表的负接线柱与小灯泡的右接线柱相连（使电流表串联在电路中，电压表并联在小灯泡两端，导线不交叉），连接图如参考答案所示。
(2) ① 为保护电路，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 电压表指针反向偏转，结合滑动变阻器故障分析，故障为断路。
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值为0.02A，由丙图可知电流$I=0.3\mathrm{A}$，小灯泡额定电压$U_{\mathrm{额}}=2.5\mathrm{V}$，则额定功率$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}}I=2.5\mathrm{V} × 0.3\mathrm{A}=0.75\mathrm{W}$。
(4) ① 闭合开关S，$S_1$接a时，电压表测$R_0$与滑动变阻器的总电压，根据串联电路电压规律，需调节滑片使电压表示数为$3\mathrm{V}-2.5\mathrm{V}=\boldsymbol{0.5\mathrm{V}}$，此时灯泡正常发光。
③ 保持滑片不动，$S_1$接b时，电压表测$R_0$两端电压$U_0$，电路中电流$I=\frac{U_0}{R_0}$（即灯泡额定电流），故灯泡额定功率$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}} · \frac{U_0}{R_0}$。
(5) 由前面实验可知，灯泡正常发光时电流$I_{\mathrm{L}}=0.3\mathrm{A}$，若用20Ω的$R_0$，则$R_0$两端电压$U_0=I_{\mathrm{L}}R_0=0.3\mathrm{A} × 20\Omega=6\mathrm{V}＞3\mathrm{V}$（电源电压），即$R_0$两端所需电压大于电源电压，无法满足实验要求，故不能测出小灯泡的额定功率。
【答案】
(1) 实物连接图见参考答案
(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 断路
(3) $\boldsymbol{0.75}$
(4) ① $\boldsymbol{0.5}$；③ $\boldsymbol{U_{额}·\frac{U_0}{R_0}}$
(5) 不能；由前面实验可知，若小灯泡L正常发光时，$I_{\mathrm{L}}=0.3\ \mathrm{A}$，$R_0$与小灯泡串联。$R_0$两端的电压$U_0=IR_0=0.3\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，即$R_0$两端的电压大于电源电压，因此不能满足实验要求，所以不能
【知识点】
1. 测小灯泡电功率
2. 串联电路电压规律
3. 欧姆定律的应用
【点评】
本题综合考查小灯泡电功率的测量实验，涵盖实物电路连接、实验操作规范、电路故障分析、功率计算以及特殊方法测功率，需结合串联电路规律和欧姆定律解决问题，对实验操作能力和电路分析能力要求较高。
【难度系数】
0.4
