14. (2025·大兴安岭中考)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($U_{额}=2.5\ \mathrm{V}$,额定功率约为$0.8\ \mathrm{W}$)、电压为$3\ \mathrm{V}$且保持不变的电源、标有“$20\ \Omega\ \ 1\ \mathrm{A}$”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)
(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(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$2.5\ \mathrm{V}$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$\mathrm{W}$。
(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$\mathrm{V}$;
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$20\ \Omega$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)
(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)0.75
(4)①0.5 ③$U_{\mathrm{额}} · \frac{U_0}{R_0}$
(5)不能,理由见解析
解析:(1)小灯泡L额定电压$U_{\mathrm{额}}=2.5\ \mathrm{V}$,额定功率约为0.8 W,根据$P=UI$可知,小灯泡额定电流约为$I'=\frac{P}{U_{\mathrm{额}}}=\frac{0.8\ \mathrm{W}}{2.5\ \mathrm{V}}=0.32\ \mathrm{A}$,故电流表选用小量程与开关串联在电路中;
(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,此时电压表示数为0,说明电压表并联的电路短路或电压表与电源之间存在断路,即故障可能是滑动变阻器断路;
(3)由(1)可知,电流表选用小量程;当电压表示数为2.5 V时,电流表表盘如题图丙所示,电流表分度值为0.02 A,其示数为0.3 A,则小灯泡额定功率为:$P_{\mathrm{L}}=U_{\mathrm{额}}I_{\mathrm{L}}=2.5\ \mathrm{V} × 0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$;
(4)①由电路图知,闭合开关S,$\mathrm{S}_1$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,那么此时电压表的示数$U'=U-U_{\mathrm{额}}=3\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=0.5\ \mathrm{V}$;
③保持滑片位置不动,开关$\mathrm{S}_1$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$U_0$,则电路中的电流为:$I_{\mathrm{额}}=I_0=\frac{U_0}{R_0}$,小灯泡的额定功率为:$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}}I_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}} · \frac{U_0}{R_0}$;
(5)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$U_0=I_{\mathrm{L}}R_0=0.3\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=6\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$,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。

【分析】
本题围绕“测量小灯泡的电功率”实验展开，需结合实验原理、器材规格、电路连接规则等分析各问题：
1. 实物连接：根据小灯泡额定功率约0.8W、额定电压2.5V，计算额定电流约0.32A，确定电流表量程并串联接入电路，保证导线不交叉。
2. 操作与故障：①闭合开关前应将滑动变阻器调至最大阻值以保护电路，小明操作顺序错误；②仅滑动变阻器故障，电压表无示数说明电路断路，故障为滑动变阻器断路。
3. 额定功率计算：电流表用小量程，读出电流后结合额定电压计算功率。
4. 特殊方法测功率：无电流表时，利用定值电阻R0，通过开关切换测电压，结合串联电路电流相等计算额定功率。
5. 可行性判断：计算灯泡正常发光时R0两端电压，与电源电压比较，判断实验是否可行。
【解析】
(1) 小灯泡额定电流约为$I=\frac{P}{U_{额}}=\frac{0.8\ \mathrm{W}}{2.5\ \mathrm{V}}=0.32\ \mathrm{A}$，故电流表选0~0.6A量程，将电流表的“-”接线柱与开关右侧接线柱连接，“0.6”接线柱与灯泡右侧接线柱连接（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 电压表指针无示数，仅滑动变阻器故障，说明电路断路，故障为滑动变阻器断路。
(3) 电流表选用0~0.6A量程，分度值0.02A，示数为0.3A，额定功率$P_{额}=U_{额}I=2.5\ \mathrm{V}×0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$。
(4) ① 当S1接a时，电压表测滑动变阻器和R0的总电压，电源电压3V，要使灯泡正常发光，需灯泡电压为2.5V，故电压表示数为$3\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=0.5\ \mathrm{V}$；③ 当S1接b时，电压表测R0两端电压U0，电路电流$I=\frac{U_0}{R_0}$，即灯泡额定电流，故额定功率$P_{额}=U_{额}×\frac{U_0}{R_0}$。
(5) 灯泡正常发光时电流约0.32A，R0=20Ω，其两端电压$U_0=IR_0=0.32\ \mathrm{A}×20\ \Omega=6.4\ \mathrm{V}＞3\ \mathrm{V}$，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断路
(3)0.75
(4)①0.5 ③$U_{\mathrm{额}} · \frac{U_0}{R_0}$
(5)不能,理由是：灯泡正常发光时，定值电阻R0两端的电压约为6.4V，大于电源电压3V，无法满足实验要求，不能测出小灯泡的额定功率。
【知识点】
测量小灯泡的电功率、滑动变阻器的使用、电功率的计算
【点评】
本题是中考电学实验综合题，涵盖电路连接、实验操作、故障分析、电功率计算及特殊测功率方法，考查学生对实验原理和电路规律的掌握，综合性较强。
【难度系数】
0.5