4. 在“测量灯泡的电功率”实验中,灯泡的额定电压为 2.5 V。
(1)图(a)是小明测量灯泡额定功率的实物电路,请用笔画线代替导线将电路连接完整。

(2)闭合开关前,图(a)中滑动变阻器的滑片 P 应位于
B
(选填“左”或“右”)端。
(3)连接好电路后,闭合开关,发现无论如何移动滑动变阻器的滑片 P,灯泡均不发光,电压表的示数为 0。进一步观察并检查电路,发现电压表、电流表、导线及其连接均完好。关于电路中出现故障的原因,小明提出了如下猜想:① 灯泡短路,② 灯泡灯丝断了,③ 滑动变阻器断路。根据故障现象,猜想
②
(填序号,下同)是错误的。若观察到电流表有示数,则猜想
①
是正确的。
(4)排除故障后,闭合开关,移动滑动变阻器滑片 P 到某一位置,电压表示数如图(b)所示。此时将滑片 P 向
A
(选填“A”或“B”)端移动到合适位置,读出电流表示数,即可算出灯泡的额定功率。
(5)小明打算增加一个阻值为 10 Ω 的电阻 $ R_0 $,只利用一只电表,通过简单操作(开关 S 接“a”“b”各一次)来测量灯泡的额定功率。图(c)、(d)是他设计的两种不同方案的电路图,以下判断中正确的是
B
(填字母)。
A. 两种方案都能
B. 两种方案都不能
C. 图(c)能,图(d)不能
D. 图(c)不能,图(d)能
解析:
【分析】
本题是“测量小灯泡电功率”的实验综合题,需结合电路连接、故障分析、实验操作、特殊方法测功率等知识点逐一突破,解题思路如下:
1. 第(1)问:根据实物电路连接规则,电流表要串联在电路中,且电流从正接线柱流入、负接线柱流出,补全未连接的导线。
2. 第(2)问:闭合开关前,滑动变阻器需调到最大阻值以保护电路,根据滑动变阻器的接线柱接入情况,判断最大阻值对应的滑片位置。
3. 第(3)问:结合故障现象(灯泡不发光、电压表示数为0),逐一分析猜想:若灯泡灯丝断了,电压表会串联测电源电压,示数不为0;若电流表有示数,说明电路是通路,故障为短路类。
4. 第(4)问:先读取电压表示数,与额定电压比较,根据串联分压原理,判断滑动变阻器滑片的移动方向,使灯泡两端电压达到额定电压。
5. 第(5)问:分析两个方案能否让小灯泡两端电压稳定在额定电压2.5V,结合串并联电路的电压、电流规律,判断是否能测量额定功率。
【解析】
(1) 实物电路连接:电流表需串联在电路中,将电流表的“0.6”接线柱与开关的右接线柱用导线连接,使电流路径为:电源正极→开关→电流表→滑动变阻器→灯泡→电压表→电源负极,形成完整通路,连接图参考参考答案中的示意图。
(2) 闭合开关前,滑动变阻器要调到最大阻值处。由图(a)可知,滑动变阻器接左下端A接线柱,滑片向右端移动时,接入电路的电阻丝最长,阻值最大,故滑片应移到右端。
(3) 故障分析:
若猜想②(灯泡灯丝断了)成立,电压表会串联在电路中测量电源电压,示数应接近电源电压,但题目中电压表示数为0,因此猜想②错误;
若电流表有示数,说明电路是通路,此时故障为①灯泡短路(灯泡短路后,电压表被短路,示数为0,电路通路,电流表有示数);若为③滑动变阻器断路,电路会断路,电流表无示数,因此电流表有示数时猜想①正确。
(4) 电压表使用0~3V量程,分度值0.1V,图(b)中示数为1.5V,小于灯泡额定电压2.5V。根据串联分压规律,要增大灯泡两端电压,需减小滑动变阻器的分压,即减小滑动变阻器接入的电阻,因此滑片向A端移动(滑片向A端移动,接入的电阻丝变短,电阻减小),直到电压表示数为2.5V。
(5) 方案分析:
图(c):开关接a时,R₀与滑动变阻器串联,调节滑片使R₀两端电压为2.5V时,灯泡两端电压也为2.5V,但保持滑片不动,开关接b时,电路变为灯泡与滑动变阻器串联,总电阻变化,滑动变阻器分压改变,灯泡两端电压不再是2.5V,无法保证灯泡正常发光,不能测量额定功率;
图(d):开关接a时测R₀两端电压,接b时测R₀与灯泡的总电压,无法通过调节滑片准确控制灯泡两端电压为2.5V,也不能测量额定功率。
因此两种方案都不能,选B。
【答案】
(1) 如图所示,连接电流表“0.6”接线柱与开关右接线柱;
(2) 右;
(3) ②;①;
(4) A;
(5) B。
【知识点】
1. 测量小灯泡的电功率
2. 电路故障分析
3. 串并联电路的电压、电流规律
【点评】
本题综合考查了“测量小灯泡电功率”实验的核心考点,涵盖电路连接、实验操作规范、故障排查、特殊方法测功率等内容,对学生的实验操作能力、电路分析能力要求较高,需要学生熟练掌握串并联电路规律及实验原理。
【难度系数】
0.35