Question

如圖是小剛測定小燈泡功率的實物連接圖．其中電源是完好的鉛蓄電池，供電電壓為6V（保持不變），小燈泡額定電壓為2.5V，用電流表測量通過小燈泡的電流，用電壓表測量小燈泡兩端的電壓．
（1）小剛合理地連接好電路，并按正確的順序操作，閉合開關后燈不亮，聰明的小剛做了如下猜想：
A、可能燈絲斷了；    B、可能是變阻器斷路
C、可能是小燈泡短路；D、可能是電流表斷路
小剛借助圖中所示的電流表和電壓表驗證了猜想，請你將小剛作為判斷電路故障依據的電壓表、電流表示數情況，在下表中的空欄處填寫完整（假設電路中只有一處故障）．

猜想	電流表、電壓表示數情況
如果A成立	電流表示數為零，電壓表有示數且接近電源電壓
如果B成立
如果C成立
如果D成立

（2）小剛在排除故障后進行了實驗．實驗中觀察到的現象及得到的數據填寫在了他所設計的記錄表中（見下表）

次數 物理量	1	2	3	4
U/V	1.0	1.5	2.0	2.5
I/A	0.2	0.22	0.26	0.30
P/W
亮度	暗→亮
功率的平均值

①請根據表格中的實驗數據計算，這個小燈泡的額定功率是______W．
②記錄表的設計存在一個不當之處，請寫出：______．
（3）實驗結束后，小剛提出了一個問題：用這樣的方法制作調光燈在能源利用方面是否合理？請你針對燈發光較暗與正常發光兩種情況，從相同時間內電路消耗的總能量與電能的利用率兩個角度分別給予說明．

Answer 1

【答案】分析：（1）燈泡不亮可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，
燈泡斷路時，電路斷路，電路中沒有電流，電流表無示數，電壓表串聯在電路中，電壓表測量電源電壓；
燈泡短路時，電路總電阻減小，電路電流增大，電流表示數增大，電壓表測量導線電壓，示數為0．
燈泡以外的地方斷路，整個電路都處于斷開狀態，燈泡不亮，電壓表和電流表都沒有示數．
（2）①在表格中找到燈泡額定電壓下的電流，根據P=UI計算額定功率．
②燈泡兩端電壓增大，電流增大，功率增大，計算功率平均值無意義．
（3）燈泡屬于純電阻電路，電路消耗的能量，利用 W=，在電壓和通電時間一定時，
通過比較燈泡較暗和較亮時總電阻的大小，來比較消耗的電能．
電能的利用率η===，總電壓一定，比較燈泡較暗和較亮時的電壓可以比較能量利用率．
解答：解：（1）B、滑動變阻器斷路，電路斷路，燈泡不亮，電流表無示數，電壓表無法測電壓，示數為0．
C、燈泡短路，電路通路，電流表有示數，電壓表測導線電壓，示數為0．
D、電流表斷路，電路斷路，燈泡不亮，電流表無示數，電壓表無法測電壓，示數為0．
（2）①燈泡在2.5V時的電流為0.3A，
所以P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
②燈泡兩端電壓增大，電流增大，功率增大，設計功率的平均值無意義，是不恰當的．
（3）燈泡較暗時，電路電流小，總電阻大；燈泡較亮時，電路電流大，總電阻小．
本電路屬于純電阻電路，
W=，在電壓和通電時間一定時，燈泡較暗時，總電阻較大，消耗電能少，省電．
η===，
燈泡較暗時，電路電流小，燈泡兩端電壓小，電源電壓不變，所以燈泡較暗時，效率低，能量利用率低．
故答案為：（1）見下表：

猜想	電流表、電壓表示數情況
如果B成立	電流表示數為零，電壓表示數為零
如果C成立	電流表有示數，電壓表示數為零
如果D成立	電流表示數為零，電壓表示數為零

（2）①0.75；②不應設功率的平均值一欄；
（3）W=，在電壓和通電時間一定時，燈泡較暗時，總電阻較大，消耗電能少，省電． η===，
燈泡較暗時，電路電流小，燈泡兩端電壓小，電源電壓不變，所以燈泡較暗時，效率低，能量利用率低．
點評：本題最后一問比較少見，對學生來講有很大的難度，利用控制變量法，比較消耗電能的多少，利用控制變量法，比較能源利用率，本題給學生解決了生活中的困惑，體現了物理與生活的密切關系．