Question

小明利用如图1所示的电路测定小灯泡的额定功率。所用器材：额定电压为2.5V的小灯泡、电池组（二节干电池串联，电压为3V）、电压表一块、滑动变阻器（10Ω  2A）、定值电阻（R₀=5Ω）、开关三个和导线若干。

（1）用笔画线代替导线，将图2中的实物电路按照图1所示的电路图连接完整。

（_____________）

（2）闭合开关前，应将变阻器滑片滑到____________（选填“左”或“右”）。

（3）连接完电路后，小明只闭合S、S₁时，移动滑片P，电压表示数发生改变：只闭合S、S₂时，移动滑片P，小灯泡不发光。于是小明用电压表进行电路故障检测，把电压表并联在某电路元件两端，测试结果如下表所示。则电路中一定存在的故障是____________。（填写序号）

测试元件	灯泡L	开关S2
电压表	无示数	有示数

①灯泡L处断路  ②灯泡L处短路  ③开关S₂处断路

（4）排除故障后，小明继续实验。

①只闭合S、S₂，移动滑片P，使电压表的示数为____________V

②只闭合S、S₁，保持滑片P不动，读出电压表的示数为2.25V

③小灯泡的额定功率为____________W.

（5）当加在灯泡两端的电压为额定电压的一半时，灯泡的际功率P_实____________（选填“>”、“>”或“=”）P_额

（拓展）小红通过课外学习知道，干电池有一定的电阻，我们需要用它的“电压U”和“电阻r”两个物理量来描述它（如图所示）于是小红在小明完成步骤①后，将电压表并联在电池组两端，保持滑片P的位置不变，只闭合S、S₂时，读出电压表示数为2.55V，则小明实验中所用电池组的电阻r是____________Ω。

Answer

右 ③ 2.5 0.75 ＞ 1.5

【解析】

（1）由电路图可知，电压表测并联部分电路两端的电压，即测灯泡两端的电压，由于灯泡的额定电压为2.5V＜3V，故只需将电压表的“3”接线柱与开关S1的右接线柱连接即可，如图所示：

（2）为了保护电路，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，即滑到右端；

（3）①若灯泡L处断路，将电压表与灯泡L并联，只闭合S、S2时，则电压表有示数且接近电源电压，故①不符合题意；

②若灯泡L处短路，将电压表与灯泡L并联，只闭合S、S2时，则电压表无示数，将电压表与开关S2并联，只闭合S、S2时，则电压表仍然无示数，故②不符合题意；

③若开关S2处断路，将电压表与灯泡L并联，只闭合S、S2时，则电压表无示数，将电压表与开关S2并联，只闭合S、S2时，则电压表有示数且接近电源电压，故③符合题意；

（4）①只闭合S、S2，R与L串联，电压表测L两端的电压，移动滑片P，使电压表示数U额=2.5V，此时灯泡L正常发光；

②只闭合S、S1，R与R0串联，此时电压表测R0两端的电压U0=2.25V，则有：，即：，解得：R滑=Ω；

③灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压：U滑′=U-U额=3V-2.5V=0.5V，

由欧姆定律和串联电路电流规律得到此时电路中的电流：I= I滑==0.3A，

则小灯泡的额定功率：P额=U额I=2.5V×0.3A=0.75W；

（5）当电阻不变时，由P=可知，电压变为原来的一半，功率变为原来的四分之一，由于灯泡的电阻是变化的，当电压减小时，功率减小，电阻也减小，故当小灯泡两端的实际电压为额定电压一半时，由P=可知，小灯泡的实际功率P实＞P额。

【拓展】

由第（4）问可知，小灯泡正常发光时电路中的电流I=0.3A，将电压表并联在电池组两端，其测量滑动变阻器和灯泡的总电压U′＝2.55V，则电池电阻两端的电压：Ur=U-U′＝3V-2.55V=0.45V，所以，所用电池组的电阻：r==1.5Ω。