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5. 核心素养 科学思维「2025山西大同二模，★★★」小梦所在的学习小组进行“测量小灯泡额定功率”的实验。如图甲所示的是实验电路图，其中电源由2节新干电池组成，滑动变阻器的铭牌标有“50 Ω 1 A”，小灯泡额定电压为2.5 V、电阻约为10 Ω。
(1)请你用笔画线代替导线，将图甲所示的电路连接完整。
(2)连接好电路后，闭合开关，移动变阻器滑片，观察
(3)测量结束后，应先
(4)为了减小误差，小梦还计算出了不同电压下小灯泡的电功率的平均值，她的做法是
(5)完成上述实验后，小梦又重新设计了如图丙所示的电路，测量另一个小灯泡的额定功率，已知这个小灯泡正常工作时的电流为$ I_{额} $。请根据以下实验步骤写出小灯泡额定功率的表达式(已知电源电压为U且不变)。
①只闭合开关$ S_1 $，移动滑动变阻器$ R_2 $的滑片，使电流表示数为$ I_{额} $；
②只闭合开关$ 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_{额} $；再将滑动变阻器$ R_2 $的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I；
则小灯泡的额定功率表达式为$ P_{额}= $
(1)请你用笔画线代替导线，将图甲所示的电路连接完整。
(2)连接好电路后，闭合开关，移动变阻器滑片，观察
电压表示数
（选填“灯泡亮度”或“电压表示数”），直至小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则该灯泡的额定功率为0.5
W。(3)测量结束后，应先
断开开关
，再拆除导线，最后整理好器材。(4)为了减小误差，小梦还计算出了不同电压下小灯泡的电功率的平均值，她的做法是
不合理
（选填“合理”或“不合理”）的。(5)完成上述实验后，小梦又重新设计了如图丙所示的电路，测量另一个小灯泡的额定功率，已知这个小灯泡正常工作时的电流为$ I_{额} $。请根据以下实验步骤写出小灯泡额定功率的表达式(已知电源电压为U且不变)。
①只闭合开关$ S_1 $，移动滑动变阻器$ R_2 $的滑片，使电流表示数为$ I_{额} $；
②只闭合开关$ 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_{额} $；再将滑动变阻器$ R_2 $的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I；
则小灯泡的额定功率表达式为$ P_{额}= $
$\frac{UI_{额}^2}{I}$
（用$ U、I_{额}、I $表示）。答案
5. (1)如图所示
(2)电压表示数 0.5 (3)断开开关 (4)不合理 (5)$\frac{UI_{额}^2}{I}$解析 (1)在“测量小灯泡额定功率”的实验中，小灯泡与滑动变阻器串联，电流表串联在电路中，电压表与小灯泡并联，测量小灯泡两端的电压；小灯泡的额定电压为2.5 V，所以电压表的量程应选0~3 V，如图所示。(2)测量小灯泡的额定功率，应将小灯泡两端的电压调至额定电压，所以连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，观察电压表的示数，直至电压表的示数为2.5 V，此时小灯泡正常发光。由图乙可知，电流表的示数为0.2 A，即小灯泡的额定电流为0.2 A，由$P=UI$可知，小灯泡的额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5\ \mathrm{V} × 0.2\ \mathrm{A}=0.5\ \mathrm{W}$。(3)为保证电路安全，测量结束后，应先断开开关，再拆除导线，最后整理好器材。(4)由于小灯泡的电阻随温度变化而变化，所以算出不同电压下小灯泡的电功率的平均值是不合理的。(5)只闭合开关S₁，移动滑动变阻器R₂的滑片，使电流表示数为$I_{额}$，只闭合开关S₂，保持滑动变阻器R₂的滑片位置不变，调节滑动变阻器R₁的滑片，使电流表示数为$I_{额}$，此时R₁两端的电压和小灯泡的额定电压相同，所以小灯泡的额定功率和此时R₁的功率相同，则小灯泡的额定功率$P_{额}=I_{额}^2 R_1$；将滑动变阻器R₂的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I，此时只有电阻R₁接入电路中，由欧姆定律可得，R₁的阻值$R_1=\frac{U}{I}$，将R₁的阻值代入可得$P_{额}=I_{额}^2 R_1=\frac{UI_{额}^2}{I}$。
解析
【分析】
本题为“测量小灯泡额定功率”的实验题，需结合电学实验的电路连接要求、实验操作规范、电功率计算原理及特殊方法测功率的思路解题。(1)问需明确电压表的量程选择与并联位置；(2)问要掌握额定功率需在额定电压下测量，结合电流表读数计算功率；(3)问考查实验结束的安全操作；(4)问需理解小灯泡电阻随温度变化，不能对不同电压下的功率求平均值；(5)问利用等效替代法，结合欧姆定律推导额定功率表达式。
【解析】
(1) 测量小灯泡额定功率时，电压表需并联在小灯泡两端，小灯泡额定电压为2.5V，因此电压表选0~3V量程，将电压表的“3”接线柱与小灯泡右侧接线柱连接，完成电路连接。
(2) 小灯泡正常发光时两端电压为额定电压2.5V，故移动滑片时观察电压表示数；由图乙电流表（量程0~0.6A）读数为0.2A，额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}=0.5\ \mathrm{W}$。
(3) 实验结束后，为保证电路安全，应先断开开关，再拆除导线整理器材。
(4) 小灯泡的电阻随温度升高而增大，不同电压下小灯泡的电功率不同，求平均值无意义，因此做法不合理。
(5) 步骤①中，只闭合$S_1$，电流为$I_{额}$，此时$R_2$与灯泡串联；步骤②中，只闭合$S_2$，保持$R_2$滑片位置不变，调节$R_1$使电流仍为$I_{额}$，说明$R_1$的阻值等于灯泡正常发光时的电阻（等效替代）；将$R_2$滑片调至最左端，只有$R_1$接入电路，电流为$I$，由欧姆定律得$R_1=\frac{U}{I}$，因此灯泡额定功率$P_{额}=I_{额}^2R_1=\frac{UI_{额}^2}{I}$。
【答案】
5. (1)如图所示 (2)电压表示数 0.5 (3)断开开关 (4)不合理 (5)$\frac{UI_{额}^2}{I}$
【知识点】
测量小灯泡额定功率、欧姆定律、电功率计算
【点评】
本题围绕初中电学核心实验“测量小灯泡额定功率”展开，涵盖电路连接、实验操作、数据分析及特殊方法测功率，考查科学思维中的实验设计与分析能力，是电学实验的典型题型，需掌握实验原理和操作要点。
【难度系数】
0.6
本题为“测量小灯泡额定功率”的实验题，需结合电学实验的电路连接要求、实验操作规范、电功率计算原理及特殊方法测功率的思路解题。(1)问需明确电压表的量程选择与并联位置；(2)问要掌握额定功率需在额定电压下测量，结合电流表读数计算功率；(3)问考查实验结束的安全操作；(4)问需理解小灯泡电阻随温度变化，不能对不同电压下的功率求平均值；(5)问利用等效替代法，结合欧姆定律推导额定功率表达式。
【解析】
(1) 测量小灯泡额定功率时，电压表需并联在小灯泡两端，小灯泡额定电压为2.5V，因此电压表选0~3V量程，将电压表的“3”接线柱与小灯泡右侧接线柱连接，完成电路连接。
(2) 小灯泡正常发光时两端电压为额定电压2.5V，故移动滑片时观察电压表示数；由图乙电流表（量程0~0.6A）读数为0.2A，额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5\ \mathrm{V}×0.2\ \mathrm{A}=0.5\ \mathrm{W}$。
(3) 实验结束后，为保证电路安全，应先断开开关，再拆除导线整理器材。
(4) 小灯泡的电阻随温度升高而增大，不同电压下小灯泡的电功率不同，求平均值无意义，因此做法不合理。
(5) 步骤①中，只闭合$S_1$，电流为$I_{额}$，此时$R_2$与灯泡串联；步骤②中，只闭合$S_2$，保持$R_2$滑片位置不变，调节$R_1$使电流仍为$I_{额}$，说明$R_1$的阻值等于灯泡正常发光时的电阻（等效替代）；将$R_2$滑片调至最左端，只有$R_1$接入电路，电流为$I$，由欧姆定律得$R_1=\frac{U}{I}$，因此灯泡额定功率$P_{额}=I_{额}^2R_1=\frac{UI_{额}^2}{I}$。
【答案】
5. (1)如图所示
(2)电压表示数 0.5 (3)断开开关 (4)不合理 (5)$\frac{UI_{额}^2}{I}$【知识点】
测量小灯泡额定功率、欧姆定律、电功率计算
【点评】
本题围绕初中电学核心实验“测量小灯泡额定功率”展开，涵盖电路连接、实验操作、数据分析及特殊方法测功率，考查科学思维中的实验设计与分析能力，是电学实验的典型题型，需掌握实验原理和操作要点。
【难度系数】
0.6
