【分析】
1. 第一问:测量灯泡电功率的电路中,电压表需并联在灯泡两端,观察图(a)可知电压表当前连接错误,需调整导线使电压表正确并联在灯泡两端。
2. 第二问:闭合开关灯泡不亮,故障类型多样(断路、短路、滑动变阻器阻值过大等),不能直接盲目操作,应先通过电表示数判断故障类型,再采取对应措施。
3. 第三问:先读取电流表示数,再结合灯泡电阻随温度升高而增大的特性,推导额定电流的范围,进而确定额定功率的取值范围,匹配选项。
4. 第四问:电压表示数无法变小,说明滑动变阻器已无法增大分压,需通过串联额外电阻来增大总电阻,减小灯泡两端电压。
【解析】
(1) 电路修正:将电压表“3”接线柱连接滑动变阻器的导线改接到灯泡的左接线柱,使电压表并联在灯泡两端,改动后电路如图(参考答案对应图)所示。
(2) 灯泡不亮的故障判断:
闭合开关灯泡不亮,可能是电路断路、短路或滑动变阻器阻值过大导致电流过小。先观察电表示数:若电流表有示数、电压表无示数,可能是灯泡短路;若电流表无示数、电压表有示数,可能是灯泡断路;若两表均无示数,可能是电路其他位置断路;若两表均有示数但示数小,可能是滑动变阻器阻值过大。因此应先观察电表示数再决定后续操作,故选C。
(3) 额定功率计算:
电流表选用0~0.6A量程,分度值为0.02A,示数为$0.3A$。
此时灯泡电阻:$R=\frac{U_1}{I_1}=\frac{1.5V}{0.3A}=5\Omega$。
由于灯泡电阻随温度升高而增大,额定电压$2.5V$下灯泡温度更高,故$R_{额}>5\Omega$,则额定电流$I_{额}<\frac{U_{额}}{R}=\frac{2.5V}{5\Omega}=0.5A$,额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}<2.5V×0.5A=1.25W$;
同时额定电压高于$1.5V$,额定电流大于$0.3A$,故$P_{额}>2.5V×0.3A=0.75W$。
因此额定功率范围为$0.75W<P_{额}<1.25W$,选项中只有$1.05W$符合,故选B。
(4) 实验改进:
滑动变阻器已调至最大阻值时,灯泡两端电压仍无法减小,在电路中串联一个定值电阻,可增大总电阻,降低灯泡两端的电压,满足实验要求。
【答案】
(1) 如图(将电压表接滑动变阻器的导线改接至灯泡左端,对应参考答案图)
(2) $\boldsymbol{C}$
(3) $\boldsymbol{B}$
(4) 在电路中串联一个定值电阻
【知识点】
1. 伏安法测电功率
2. 电路故障分析
3. 电阻的温度特性
【点评】
本题综合考查伏安法测电功率的电路连接、故障判断、功率推导及实验改进,需结合电路规律和灯泡电阻的特殊性分析,注重对实验操作与物理规律综合应用能力的考查。
【难度系数】
0.6