3. 核心素养 科学探究「2026广东佛山期中，★☆☆」小明想测量额定电压为6 V的小灯泡的电阻和额定功率，他在学校的实验室找到了相关器材，并进行了如下实验，已知电源电压恒为8 V，滑动变阻器的规格为“50 Ω 2 A”。

(1)请用笔画线代替导线，将图甲所示电路连接完整。(要求闭合开关，滑片右移，小灯泡变亮)
(2)闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮，电流表的示数始终为零，电压表的示数接近8 V保持不变。为了排除故障，接下来的操作合理的是。
A. 拧紧开关两端的接线柱
B. 将小灯泡与底座拧紧
C. 拧紧电流表两端的接线柱
(3)排除故障后，闭合开关，电压表的示数如图乙所示为V。经过多次测量，小明绘制了小灯泡的I-U图像，，则该小灯泡正常发光时的电阻为Ω，小灯泡的额定功率为W。
(4)小华利用小明的实验器材进行多次实验，测量的数据如表所示，老师发现表格中第次数据是编造的。
| 实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 电压 U/V | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 5.0 | 6.0 |
| 电流 I/A | 0.11 | 0.21 | 0.30 | 0.38 | 0.44 | 0.50 |
(5)小华又利用小明的实验器材，去掉电流表，增加了一个阻值为10 Ω的定值电阻$R_1$、电阻箱$R_2$来测量小灯泡的额定功率，如图丁、戊是她设计的两种不同方案的电路图。
则以下判断正确的是(填字母)。
A. 两种方案都能测出小灯泡的额定功率
B. 两种方案都不能测出小灯泡的额定功率
C. 图丁方案能测出小灯泡的额定功率，图戊方案不能测出小灯泡的额定功率
D. 图丁方案不能测出小灯泡的额定功率，图戊方案能测出小灯泡的额定功率

(1)如图所示
(2)B
(3)4 12 3
(4)1
(5)D
解析
(1)由题意知,闭合开关,滑片右移,小灯泡变亮,则变阻器接入电路的电阻变小,电路的电流变大,所以应将变阻器的右下接线柱连入电路中。
(2)闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片,发现小灯泡不亮,电流表的示数始终为零,说明可能是电路某处出现断路;电压表的示数接近8 V保持不变,说明与电压表并联部分以外的电路是完好的,则与电压表并联部分的电路出现断路,即小灯泡可能断路,为了排除故障,可将小灯泡与底座拧紧。故选B。
(3)由图乙知,电压表连入的是大的测量范围,分度值为0.5 V,示数为4 V。由图丙可知,当小灯泡两端的电压等于额定电压6 V时,通过的电流为0.5 A,根据欧姆定律可得,该小灯泡正常发光时的电阻为$R=\frac{U}{I}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.5\ \mathrm{A}}=12\ \Omega$,则小灯泡的额定功率为P=UI=6 V×0.5 A=3 W。
(4)小华进行多次实验,测量的数据如表所示,由表中第1次数据,根据串联电路的电压规律及欧姆定律,变阻器连入电路的电阻$R_滑=\frac{U_滑}{I_1}=\frac{U_源-U_1}{I_1}=\frac{8\ \mathrm{V}-1\ \mathrm{V}}{0.11\ \mathrm{A}}\approx63.6\ \Omega$,大于50 Ω,由此可知表格中第1次数据是编造的。
(5)图丁方案中,$R_1$、小灯泡、变阻器三者串联,小灯泡的额定电压为6 V,根据前面测得的数据(即$I_额=0.5\ \mathrm{A}$),若小灯泡正常发光,10 Ω的电阻$R_1$分得的电压为5 V,由串联电路的电压特点可知,电源电压至少为11 V,而给出的电源电压只有8 V,所以小灯泡两端电压达不到额定电压,小灯泡不可能正常发光,故图丁方案不能测出小灯泡的额定功率。图戊方案中,电源电压为8 V,电压表测变阻器两端的电压,当电压表示数为$U'=U_源-U=8\ \mathrm{V}-6\ \mathrm{V}=2\ \mathrm{V}$时,小灯泡正常发光;可通过调节电阻箱的阻值使得开关接1时电压表示数仍为2 V,小灯泡正常发光时的电阻等于此时电阻箱的阻值(等效替代法);根据$P=\frac{U^2}{R}$可测出小灯泡的额定功率,即图戊方案能测出小灯泡的额定功率。故选D。

【分析】
本题为测量小灯泡电阻和额定功率的实验题，需结合滑动变阻器使用规则、电路故障分析、欧姆定律、电功率计算及实验方案设计等知识解题：
1. 第(1)问：要求滑片右移时灯变亮，即滑动变阻器接入电阻变小，需将右下接线柱接入电路完成连接；
2. 第(2)问：电流表无示数说明电路断路，电压表接近电源电压，说明故障在与电压表并联的小灯泡处，需排查小灯泡是否断路；
3. 第(3)问：先读取电压表示数，再根据额定电压找到对应电流，利用欧姆定律算正常发光电阻，利用P=UI算额定功率；
4. 第(4)问：根据串联电路规律和欧姆定律，计算第1次实验所需滑动变阻器电阻，与最大阻值对比判断数据是否编造；
5. 第(5)问：分析两个方案的电源电压是否满足小灯泡正常发光条件，结合等效替代法判断可行性。
【解析】
(1) 闭合开关，滑片右移时小灯泡变亮，说明电路电流变大，滑动变阻器接入电阻变小，因此将滑动变阻器右下接线柱串联入电路，完成连接（如图所示）；
(2) 电流表无示数说明电路断路，电压表接近电源电压，说明电压表两接线柱到电源通路，故障为小灯泡断路，需拧紧小灯泡底座排查，故选B；
(3) 电压表选0~15V量程，分度值0.5V，示数为4V；小灯泡额定电压6V，对应电流0.5A，正常发光电阻$R=\frac{U_{额}}{I_{额}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.5\ \mathrm{A}}=12\ \Omega$，额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=6\ \mathrm{V}×0.5\ \mathrm{A}=3\ \mathrm{W}$；
(4) 第1次实验中，滑动变阻器两端电压$U_{滑}=8\ \mathrm{V}-1.0\ \mathrm{V}=7\ \mathrm{V}$，所需滑动变阻器电阻$R_{滑}=\frac{U_{滑}}{I_1}=\frac{7\ \mathrm{V}}{0.11\ \mathrm{A}}≈63.6\ \Omega$，大于滑动变阻器最大阻值50Ω，因此第1次数据是编造的；
(5) 图丁方案中，若小灯泡正常发光，10Ω定值电阻两端电压$U_1=0.5\ \mathrm{A}×10\ \Omega=5\ \mathrm{V}$，总电压需$6\ \mathrm{V}+5\ \mathrm{V}=11\ \mathrm{V}＞8\ \mathrm{V}$，无法实现；图戊方案中，电源电压8V，当电压表示数为2V时小灯泡正常发光，利用等效替代法可测额定功率，因此图丁不能测出，图戊能测出，故选D。
【答案】
(1) ；(2) B；(3) 4；12；3；(4) 1；(5) D
【知识点】
伏安法测小灯泡电阻、额定功率计算、电路故障分析
【点评】
本题为科学探究类电学实验题，综合考查滑动变阻器使用、电路故障分析、欧姆定律与电功率计算、实验方案设计，注重考查学生的实验操作能力和物理知识的综合应用能力，是初中电学核心实验题型。
【难度系数】
0.6