18. (12 分)一位设计师设计了一种“重力灯”。无论你在地球哪个角落,无论当地的天气如何,它都可以实现照明。如图(a)所示是这种“重力灯”的结构简化图,当重物下落时拉动绳子,转轴随之转动,灯泡就可以发光。重复以上操作,可以实现长时间照明。现挂上一个质量为 25 kg 的重物,该重物恰好可以缓慢匀速下落。在重物下落高度为 2. 4 m 的过程中,就可以供一个标有“3. 6 V 1 W”字样的 LED 灯泡持续正常发光 4 min。(g 取 10 N/kg)
(1) 图(a)虚线框内一定有
(2) 求重物下落时,重力做功的功率。
(3) 求重物在一次下落过程中,图(a)装置能量转化的效率。
(4) 取下灯泡,将图(a)装置的两个输出端接入图(b)中的 a、b 两点进行实验(设该装置在短时间实验过程中可以稳定输出 3. 6 V 电压)。$R_0$为标有“5 Ω 0. 3 A”字样的定值电阻,滑动变阻器$R_1$标有“50 Ω 1 A”字样,电流表选择 0~0. 6 A 量程,电压表选择 0~3 V 量程。为了保证电路安全,求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。
(a) (b)
(第 18 题)
(1) 图(a)虚线框内一定有
发电机
,它的工作原理是 。(2) 求重物下落时,重力做功的功率。
(3) 求重物在一次下落过程中,图(a)装置能量转化的效率。
(4) 取下灯泡,将图(a)装置的两个输出端接入图(b)中的 a、b 两点进行实验(设该装置在短时间实验过程中可以稳定输出 3. 6 V 电压)。$R_0$为标有“5 Ω 0. 3 A”字样的定值电阻,滑动变阻器$R_1$标有“50 Ω 1 A”字样,电流表选择 0~0. 6 A 量程,电压表选择 0~3 V 量程。为了保证电路安全,求滑动变阻器接入电路的阻值变化范围。
(a) (b)
(第 18 题)
答案：发电机
电磁感应
解： (1)发电机；电磁感应
$(2)G=25\ \mathrm {kg}×10\ \mathrm {N/kg} = 250N$
重力做的功$W_{G}=Gh$，h = 2.4m，所以$W_{G}=250N×2.4m = 600J$
时间$t = 4\mathrm {\mathrm {min}}=4×60s = 240s$
重力做功的功率$P=\frac {W_{G}}{t}=\frac {600J}{240s}=2.5W$
(3)灯泡正常发光，$P_{灯}=1W$，t = 240s
灯泡消耗的电能$W_{电}=P_{灯}t=1W×240s = 240J$
能量转化效率$\eta =\frac {W_{电}}{W_{G}}×100\%=\frac {240J}{600J}×100\% = 40\%$
(4)① 考虑电压表量程，$U_{1}≤3V$，根据串联电路电压特点$U = U_{0}+U_{1}$，则$U_{0}=U - U_{1}$，$I=\frac {U_{0}}{R_{0}}=\frac {U - U_{1}}{R_{0}}$，又$I=\frac {U_{1}}{R_{1}}$，所以$\frac {U - U_{1}}{R_{0}}=\frac {U_{1}}{R_{1}}$。
当$U_{1}=3V $时，$U_{0}=U - U_{1}=3.6V - 3V = 0.6V$，$I=\frac {U_{0}}{R_{0}}=\frac {0.6V}{5\ \mathrm {Ω}}=0.12A$，$R_{1}=\frac {U_{1}}{I}=\frac {3V}{0.12A}=25\ \mathrm {Ω}$。
② 考虑$R_{0}$的电流$I_{0}≤0.3A$，根据$I=\frac {U}{R_{0}+R_{1}}$，当I = 0.3A时，$R_{总}=\frac {U}{I}=\frac {3.6V}{0.3A}=12\ \mathrm {Ω}$，$R_{1}=R_{总}-R_{0}=12\ \mathrm {Ω}- 5\ \mathrm {Ω}= 7\ \mathrm {Ω}$。
所以滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$7\ \mathrm {Ω}≤ R_{1}≤25\ \mathrm {Ω}$。
综上，(2)重力做功的功率为2.5W；(3)能量转化效率为40\%；(4)滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$7\ \mathrm {Ω}≤ R_{1}≤25\ \mathrm {Ω}$。
电磁感应
解： (1)发电机；电磁感应
$(2)G=25\ \mathrm {kg}×10\ \mathrm {N/kg} = 250N$
重力做的功$W_{G}=Gh$，h = 2.4m，所以$W_{G}=250N×2.4m = 600J$
时间$t = 4\mathrm {\mathrm {min}}=4×60s = 240s$
重力做功的功率$P=\frac {W_{G}}{t}=\frac {600J}{240s}=2.5W$
(3)灯泡正常发光，$P_{灯}=1W$，t = 240s
灯泡消耗的电能$W_{电}=P_{灯}t=1W×240s = 240J$
能量转化效率$\eta =\frac {W_{电}}{W_{G}}×100\%=\frac {240J}{600J}×100\% = 40\%$
(4)① 考虑电压表量程，$U_{1}≤3V$，根据串联电路电压特点$U = U_{0}+U_{1}$，则$U_{0}=U - U_{1}$，$I=\frac {U_{0}}{R_{0}}=\frac {U - U_{1}}{R_{0}}$，又$I=\frac {U_{1}}{R_{1}}$，所以$\frac {U - U_{1}}{R_{0}}=\frac {U_{1}}{R_{1}}$。
当$U_{1}=3V $时，$U_{0}=U - U_{1}=3.6V - 3V = 0.6V$，$I=\frac {U_{0}}{R_{0}}=\frac {0.6V}{5\ \mathrm {Ω}}=0.12A$，$R_{1}=\frac {U_{1}}{I}=\frac {3V}{0.12A}=25\ \mathrm {Ω}$。
② 考虑$R_{0}$的电流$I_{0}≤0.3A$，根据$I=\frac {U}{R_{0}+R_{1}}$，当I = 0.3A时，$R_{总}=\frac {U}{I}=\frac {3.6V}{0.3A}=12\ \mathrm {Ω}$，$R_{1}=R_{总}-R_{0}=12\ \mathrm {Ω}- 5\ \mathrm {Ω}= 7\ \mathrm {Ω}$。
所以滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$7\ \mathrm {Ω}≤ R_{1}≤25\ \mathrm {Ω}$。
综上，(2)重力做功的功率为2.5W；(3)能量转化效率为40\%；(4)滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$7\ \mathrm {Ω}≤ R_{1}≤25\ \mathrm {Ω}$。
解析：
【分析】
1. 第(1)问：重物下落带动转轴转动，将机械能转化为电能使灯泡发光，由此可判断虚线框内是发电机，其工作原理是电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。
2. 第(2)问：求重力做功的功率，需先根据$G=mg$计算重物的重力，再利用$W=Gh$计算重力做的功，最后结合功率公式$P=\frac{W}{t}$求出功率，按步骤代入数值计算即可。
3. 第(3)问：能量转化效率是转化得到的电能与消耗的机械能（重力做的功）的比值，先根据$W=Pt$计算灯泡消耗的电能，再通过$\eta=\frac{W_{电}}{W_{G}}×100\%$计算效率。
4. 第(4)问：电路中$R_0$与$R_1$串联，需考虑多个安全限制条件：①电压表量程为0~3V，即$R_1$两端最大电压为3V；②电路中的最大电流不能超过$R_0$的额定电流0.3A（$R_0$额定电流0.3A、电流表量程0~0.6A、滑动变阻器允许最大电流1A，取最小的0.3A）。分别计算这两种情况下$R_1$的阻值，进而确定阻值范围：当电压表示数最大时，算出电路电流后求$R_1$的最大阻值；当电流最大时，先算总电阻再求$R_1$的最小阻值，最终得到阻值变化范围。
【解析】
(1) 重物下落带动转轴转动，将机械能转化为电能使灯泡发光，因此虚线框内是发电机，工作原理是电磁感应现象。
(2) 计算重力做功的功率：
① 重物的重力：$G=mg=25\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=250\ \mathrm{N}$
② 重力做的功：$W_{G}=Gh=250\ \mathrm{N}×2.4\ \mathrm{m}=600\ \mathrm{J}$
③ 重物下落时间：$t=4\ \mathrm{min}=4×60\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{s}$
④ 重力做功的功率：$P=\frac{W_{G}}{t}=\frac{600\ \mathrm{J}}{240\ \mathrm{s}}=2.5\ \mathrm{W}$
(3) 计算装置能量转化的效率：
灯泡正常发光，功率$P_{灯}=1\ \mathrm{W}$，则灯泡消耗的电能：
$W_{电}=P_{灯}t=1\ \mathrm{W}×240\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{J}$
能量转化效率：$\eta=\frac{W_{电}}{W_{G}}×100\%=\frac{240\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{J}}×100\%=40\%$
(4) 分析电路安全条件，确定滑动变阻器阻值范围：
电路中$R_0$与$R_1$串联，电压表测$R_1$两端电压，电流表测电路电流。
① 当电压表的示数最大为$U_1=3\ \mathrm{V}$时，$R_0$两端电压：
$U_0=U-U_1=3.6\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=0.6\ \mathrm{V}$
电路中的电流：$I=\frac{U_0}{R_0}=\frac{0.6\ \mathrm{V}}{5\ \mathrm{Ω}}=0.12\ \mathrm{A}$
此时滑动变阻器接入的阻值：$R_1=\frac{U_1}{I}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.12\ \mathrm{A}}=25\ \mathrm{Ω}$
② 电路中的最大电流不能超过$R_0$的额定电流$I_{max}=0.3\ \mathrm{A}$，此时电路总电阻：
$R_{总}=\frac{U}{I_{max}}=\frac{3.6\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=12\ \mathrm{Ω}$
滑动变阻器接入的最小阻值：$R_{1小}=R_{总}-R_0=12\ \mathrm{Ω}-5\ \mathrm{Ω}=7\ \mathrm{Ω}$
因此滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$7\ \mathrm{Ω}≤R_1≤25\ \mathrm{Ω}$
【答案】
(1) 发电机；电磁感应现象
(2) 重力做功的功率为$\boldsymbol{2.5\ \mathrm{W}}$
(3) 装置能量转化的效率为$\boldsymbol{40\%}$
(4) 滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$\boldsymbol{7\ \mathrm{Ω}≤R_1≤25\ \mathrm{Ω}}$
【知识点】
电磁感应现象、功与功率计算、欧姆定律应用
【点评】
本题综合了电磁感应现象、力学功与功率计算、能量转化效率以及串联电路欧姆定律的应用，涉及多知识点的结合，需要学生具备综合分析问题的能力，尤其是第(4)问需全面考虑电路中的多个安全限制条件，对学生的逻辑思维有一定的锻炼作用。
【难度系数】
0.5
1. 第(1)问：重物下落带动转轴转动，将机械能转化为电能使灯泡发光，由此可判断虚线框内是发电机，其工作原理是电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。
2. 第(2)问：求重力做功的功率，需先根据$G=mg$计算重物的重力，再利用$W=Gh$计算重力做的功，最后结合功率公式$P=\frac{W}{t}$求出功率，按步骤代入数值计算即可。
3. 第(3)问：能量转化效率是转化得到的电能与消耗的机械能（重力做的功）的比值，先根据$W=Pt$计算灯泡消耗的电能，再通过$\eta=\frac{W_{电}}{W_{G}}×100\%$计算效率。
4. 第(4)问：电路中$R_0$与$R_1$串联，需考虑多个安全限制条件：①电压表量程为0~3V，即$R_1$两端最大电压为3V；②电路中的最大电流不能超过$R_0$的额定电流0.3A（$R_0$额定电流0.3A、电流表量程0~0.6A、滑动变阻器允许最大电流1A，取最小的0.3A）。分别计算这两种情况下$R_1$的阻值，进而确定阻值范围：当电压表示数最大时，算出电路电流后求$R_1$的最大阻值；当电流最大时，先算总电阻再求$R_1$的最小阻值，最终得到阻值变化范围。
【解析】
(1) 重物下落带动转轴转动，将机械能转化为电能使灯泡发光，因此虚线框内是发电机，工作原理是电磁感应现象。
(2) 计算重力做功的功率：
① 重物的重力：$G=mg=25\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=250\ \mathrm{N}$
② 重力做的功：$W_{G}=Gh=250\ \mathrm{N}×2.4\ \mathrm{m}=600\ \mathrm{J}$
③ 重物下落时间：$t=4\ \mathrm{min}=4×60\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{s}$
④ 重力做功的功率：$P=\frac{W_{G}}{t}=\frac{600\ \mathrm{J}}{240\ \mathrm{s}}=2.5\ \mathrm{W}$
(3) 计算装置能量转化的效率：
灯泡正常发光，功率$P_{灯}=1\ \mathrm{W}$，则灯泡消耗的电能：
$W_{电}=P_{灯}t=1\ \mathrm{W}×240\ \mathrm{s}=240\ \mathrm{J}$
能量转化效率：$\eta=\frac{W_{电}}{W_{G}}×100\%=\frac{240\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{J}}×100\%=40\%$
(4) 分析电路安全条件，确定滑动变阻器阻值范围：
电路中$R_0$与$R_1$串联，电压表测$R_1$两端电压，电流表测电路电流。
① 当电压表的示数最大为$U_1=3\ \mathrm{V}$时，$R_0$两端电压：
$U_0=U-U_1=3.6\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=0.6\ \mathrm{V}$
电路中的电流：$I=\frac{U_0}{R_0}=\frac{0.6\ \mathrm{V}}{5\ \mathrm{Ω}}=0.12\ \mathrm{A}$
此时滑动变阻器接入的阻值：$R_1=\frac{U_1}{I}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.12\ \mathrm{A}}=25\ \mathrm{Ω}$
② 电路中的最大电流不能超过$R_0$的额定电流$I_{max}=0.3\ \mathrm{A}$，此时电路总电阻：
$R_{总}=\frac{U}{I_{max}}=\frac{3.6\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=12\ \mathrm{Ω}$
滑动变阻器接入的最小阻值：$R_{1小}=R_{总}-R_0=12\ \mathrm{Ω}-5\ \mathrm{Ω}=7\ \mathrm{Ω}$
因此滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$7\ \mathrm{Ω}≤R_1≤25\ \mathrm{Ω}$
【答案】
(1) 发电机；电磁感应现象
(2) 重力做功的功率为$\boldsymbol{2.5\ \mathrm{W}}$
(3) 装置能量转化的效率为$\boldsymbol{40\%}$
(4) 滑动变阻器接入电路的阻值变化范围是$\boldsymbol{7\ \mathrm{Ω}≤R_1≤25\ \mathrm{Ω}}$
【知识点】
电磁感应现象、功与功率计算、欧姆定律应用
【点评】
本题综合了电磁感应现象、力学功与功率计算、能量转化效率以及串联电路欧姆定律的应用，涉及多知识点的结合，需要学生具备综合分析问题的能力，尤其是第(4)问需全面考虑电路中的多个安全限制条件，对学生的逻辑思维有一定的锻炼作用。
【难度系数】
0.5
19. (14 分)有两个阻值未知的定值电阻$R_1$、$R_2$($R_1$约 6 Ω,$R_2$约 500 Ω)和一个电水壶。要求测出未知电阻的阻值和电水壶的额定功率。
(a) (b) (c)
(第 19 题)
(1) 图(a)是测量$R_1$阻值的部分实物图。
① 用一根导线将电路连接完整(连线不得交叉)。
② 闭合开关前,滑动变阻器的滑片 P 应移到
③ 闭合开关,移动滑片 P,发现电压表有示数,电流表无示数,故障原因可能是导线
④ 排除故障后,闭合开关,移动滑片 P,当电压表示数为 1. 2 V 时,电流表示数如图(b)所示,则$R_1$=
(2) 小明从图(a)中的器材和电阻箱(符号 ,规格“0~9 999 Ω 5 A”)、若干开关及导线中,选择合适器材,连接成图(c)所示的电路,测出了$R_2$的阻值。请将所选元件的符号填入虚线框内。
(3) 小华利用家里的电能表和秒表估测电水壶的额定功率。她只让电水壶正常工作,记下电能表的指示灯闪烁$n_1$次所用时间为$t_1$。由于电能表常数被遮挡,她借助额定功率为$P_0$的电热水器,只让电热水器正常工作,记下指示灯闪烁$n_2$次所用时间为$t_2$。则电水壶的额定功率为
(a) (b) (c)
(第 19 题)
(1) 图(a)是测量$R_1$阻值的部分实物图。
① 用一根导线将电路连接完整(连线不得交叉)。
② 闭合开关前,滑动变阻器的滑片 P 应移到
右
(左/右)端。③ 闭合开关,移动滑片 P,发现电压表有示数,电流表无示数,故障原因可能是导线
b
(a/b/c)内部断路。④ 排除故障后,闭合开关,移动滑片 P,当电压表示数为 1. 2 V 时,电流表示数如图(b)所示,则$R_1$=
5
Ω。(2) 小明从图(a)中的器材和电阻箱(符号 ,规格“0~9 999 Ω 5 A”)、若干开关及导线中,选择合适器材,连接成图(c)所示的电路,测出了$R_2$的阻值。请将所选元件的符号填入虚线框内。
(3) 小华利用家里的电能表和秒表估测电水壶的额定功率。她只让电水壶正常工作,记下电能表的指示灯闪烁$n_1$次所用时间为$t_1$。由于电能表常数被遮挡,她借助额定功率为$P_0$的电热水器,只让电热水器正常工作,记下指示灯闪烁$n_2$次所用时间为$t_2$。则电水壶的额定功率为
P=\frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0}
。答案：
右
b
5
$P= \frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0}$
右
b
5
$P= \frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0}$
解析：
【分析】
本题分为三个部分，分别考查伏安法测电阻的电路连接、故障分析、电阻计算，等效替代法测大电阻，以及电能表测功率的计算。
1. 对于(1)：
① 需将电压表并联在$R_1$两端，补全电路连线；
② 闭合开关前滑动变阻器滑片应移至最大阻值处，根据滑动变阻器接线判断滑片位置；
③ 电压表有示数、电流表无示数，说明电压表通路，电流表所在支路断路，结合导线连接判断故障；
④ 根据电流表量程和分度值读出示数，利用欧姆定律计算$R_1$阻值。
2. 对于(2)：$R_2$阻值较大，电流过小无法用电流表测量，采用等效替代法，用电阻箱替代$R_2$，结合电压表实现测量，据此填入元件符号。
3. 对于(3)：利用电能表闪烁次数与电能的关系，结合电热水器的额定功率求出电能表常数，再计算电水壶的额定功率。
【解析】
(1) 测量$R_1$阻值
① 电路连接：
电压表需并联在$R_1$两端，因此将电压表的“3V”接线柱与$R_1$未连接导线$b$的接线柱相连（连线不交叉），如图所示（见参考答案对应图）。
② 滑动变阻器滑片位置：
闭合开关前，滑动变阻器应调至最大阻值处。由图(a)可知，滑动变阻器接的是左下接线柱$A$和左上接线柱$C$，滑片$P$向右移动时，接入电路的电阻丝长度变长，阻值变大，因此滑片应移到$\boldsymbol{右}$端。
③ 故障分析：
闭合开关后，电压表有示数、电流表无示数，说明电压表与电源连通，而电流表所在支路断路。若导线$b$内部断路，电压表通过$R_1$、电流表、滑动变阻器、开关与电源正极连通，电压表两端有电压（接近电源电压），但电路中无电流（电流表无示数），符合故障现象，故故障原因是导线$\boldsymbol{b}$内部断路。
④ 计算$R_1$阻值：
由图(b)可知，电流表选用$0∼0.6A$量程，分度值为$0.02A$，示数为$0.24A$。
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，已知电压$U=1.2V$，电流$I=0.24A$，则：
$R_1=\frac{U}{I}=\frac{1.2V}{0.24A}=5\Omega$
(2) 测量$R_2$阻值
$R_2$阻值约$500\Omega$，阻值较大，通过的电流过小，电流表无法准确测量，因此采用等效替代法：
最上方虚线框：$\boldsymbol{电压表}$（用于测量电压）
中间虚线框：$\boldsymbol{R_2}$（被测电阻）
最下方虚线框：$\boldsymbol{电阻箱}$（用于等效替代$R_2$，调节阻值使电压表示数与$R_2$接入时相同，此时电阻箱阻值等于$R_2$）
(3) 测量电水壶额定功率
设电能表常数为$N$（每消耗$1kW· h$电能，指示灯闪烁$N$次）：
电热水器正常工作时，消耗的电能$W_2=\frac{n_2}{N}$，由$P=\frac{W}{t}$得：$P_0=\frac{W_2}{t_2}=\frac{n_2}{Nt_2}$，解得$N=\frac{n_2}{P_0t_2}$。
电水壶正常工作时，消耗的电能$W_1=\frac{n_1}{N}$，则电水壶的额定功率：
$P=\frac{W_1}{t_1}=\frac{n_1}{Nt_1}$，将$N=\frac{n_2}{P_0t_2}$代入得：
$P=\frac{n_1t_2}{n_2t_1}P_0$
【答案】
(1) ① 如图所示（连接电压表“3V”接线柱与$R_1$未连$b$的接线柱）；② $\boldsymbol{右}$；③ $\boldsymbol{b}$；④ $\boldsymbol{5}$
(2) 最上方虚线框：$\boldsymbol{电压表}$，中间虚线框：$\boldsymbol{R_2}$，最下方虚线框：$\boldsymbol{电阻箱}$
(3) $\boldsymbol{\frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0}}$
【知识点】
1. 伏安法测电阻
2. 等效替代法测电阻
3. 电能表与电功率计算
【点评】
本题综合考查了电阻测量的两种方法（伏安法、等效替代法）以及电能表测电功率的计算，涉及电路连接、故障分析、欧姆定律、电能与电功率的综合应用，对学生的电路分析能力和公式推导能力要求较高，需熟练掌握电学基本规律和实验方法。
【难度系数】
0.4
本题分为三个部分，分别考查伏安法测电阻的电路连接、故障分析、电阻计算，等效替代法测大电阻，以及电能表测功率的计算。
1. 对于(1)：
① 需将电压表并联在$R_1$两端，补全电路连线；
② 闭合开关前滑动变阻器滑片应移至最大阻值处，根据滑动变阻器接线判断滑片位置；
③ 电压表有示数、电流表无示数，说明电压表通路，电流表所在支路断路，结合导线连接判断故障；
④ 根据电流表量程和分度值读出示数，利用欧姆定律计算$R_1$阻值。
2. 对于(2)：$R_2$阻值较大，电流过小无法用电流表测量，采用等效替代法，用电阻箱替代$R_2$，结合电压表实现测量，据此填入元件符号。
3. 对于(3)：利用电能表闪烁次数与电能的关系，结合电热水器的额定功率求出电能表常数，再计算电水壶的额定功率。
【解析】
(1) 测量$R_1$阻值
① 电路连接：
电压表需并联在$R_1$两端，因此将电压表的“3V”接线柱与$R_1$未连接导线$b$的接线柱相连（连线不交叉），如图所示（见参考答案对应图）。
② 滑动变阻器滑片位置：
闭合开关前，滑动变阻器应调至最大阻值处。由图(a)可知，滑动变阻器接的是左下接线柱$A$和左上接线柱$C$，滑片$P$向右移动时，接入电路的电阻丝长度变长，阻值变大，因此滑片应移到$\boldsymbol{右}$端。
③ 故障分析：
闭合开关后，电压表有示数、电流表无示数，说明电压表与电源连通，而电流表所在支路断路。若导线$b$内部断路，电压表通过$R_1$、电流表、滑动变阻器、开关与电源正极连通，电压表两端有电压（接近电源电压），但电路中无电流（电流表无示数），符合故障现象，故故障原因是导线$\boldsymbol{b}$内部断路。
④ 计算$R_1$阻值：
由图(b)可知，电流表选用$0∼0.6A$量程，分度值为$0.02A$，示数为$0.24A$。
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$，已知电压$U=1.2V$，电流$I=0.24A$，则：
$R_1=\frac{U}{I}=\frac{1.2V}{0.24A}=5\Omega$
(2) 测量$R_2$阻值
$R_2$阻值约$500\Omega$，阻值较大，通过的电流过小，电流表无法准确测量，因此采用等效替代法：
最上方虚线框：$\boldsymbol{电压表}$（用于测量电压）
中间虚线框：$\boldsymbol{R_2}$（被测电阻）
最下方虚线框：$\boldsymbol{电阻箱}$（用于等效替代$R_2$，调节阻值使电压表示数与$R_2$接入时相同，此时电阻箱阻值等于$R_2$）
(3) 测量电水壶额定功率
设电能表常数为$N$（每消耗$1kW· h$电能，指示灯闪烁$N$次）：
电热水器正常工作时，消耗的电能$W_2=\frac{n_2}{N}$，由$P=\frac{W}{t}$得：$P_0=\frac{W_2}{t_2}=\frac{n_2}{Nt_2}$，解得$N=\frac{n_2}{P_0t_2}$。
电水壶正常工作时，消耗的电能$W_1=\frac{n_1}{N}$，则电水壶的额定功率：
$P=\frac{W_1}{t_1}=\frac{n_1}{Nt_1}$，将$N=\frac{n_2}{P_0t_2}$代入得：
$P=\frac{n_1t_2}{n_2t_1}P_0$
【答案】
(1) ① 如图所示（连接电压表“3V”接线柱与$R_1$未连$b$的接线柱）；② $\boldsymbol{右}$；③ $\boldsymbol{b}$；④ $\boldsymbol{5}$
(2) 最上方虚线框：$\boldsymbol{电压表}$，中间虚线框：$\boldsymbol{R_2}$，最下方虚线框：$\boldsymbol{电阻箱}$
(3) $\boldsymbol{\frac{n_{1}t_{2}}{n_{2}t_{1}}P_{0}}$
【知识点】
1. 伏安法测电阻
2. 等效替代法测电阻
3. 电能表与电功率计算
【点评】
本题综合考查了电阻测量的两种方法（伏安法、等效替代法）以及电能表测电功率的计算，涉及电路连接、故障分析、欧姆定律、电能与电功率的综合应用，对学生的电路分析能力和公式推导能力要求较高，需熟练掌握电学基本规律和实验方法。
【难度系数】
0.4