Question

如图是小刚测定小灯泡功率的实物连接图．其中电源是完好的铅蓄电池，供电电压为6V（保持不变），小灯泡额定电压为2.5V，用电流表测量通过小灯泡的电流，用电压表测量小灯泡两端的电压．
（1）小刚合理地连接好电路，并按正确的顺序操作，闭合开关后灯不亮，聪明的小刚做了如下猜想：
A、可能灯丝断了；　 B、可能是变阻器断路
C、可能是小灯泡短路；D、可能是电流表断路
小刚借助图中所示的电流表和电压表验证了猜想，请你将小刚作为判断电路故障依据的电压表、电流表示数情况，在下表中的空栏处填写完整（假设电路中只有一处故障）．

猜想	电流表、电压表示数情况
如果A成立	电流表示数为零，电压表有示数且接近电源电压
如果B成立
如果C成立
如果D成立

（2）小刚在排除故障后进行了实验．实验中观察到的现象及得到的数据填写在了他所设计的记录表中（见下表）

次数 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请根据表格中的实验数据计算，这个小灯泡的额定功率是________W．
②记录表的设计存在一个不当之处，请写出：________．
（3）实验结束后，小刚提出了一个问题：用这样的方法制作调光灯在能源利用方面是否合理？请你针对灯发光较暗与正常发光两种情况，从相同时间内电路消耗的总能量与电能的利用率两个角度分别给予说明．

Answer 1

解：（1）B、滑动变阻器断路，电路断路，灯泡不亮，电流表无示数，电压表无法测电压，示数为0．
C、灯泡短路，电路通路，电流表有示数，电压表测导线电压，示数为0．
D、电流表断路，电路断路，灯泡不亮，电流表无示数，电压表无法测电压，示数为0．
（2）①灯泡在2.5V时的电流为0.3A，
所以P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
②灯泡两端电压增大，电流增大，功率增大，设计功率的平均值无意义，是不恰当的．
（3）灯泡较暗时，电路电流小，总电阻大；灯泡较亮时，电路电流大，总电阻小．
本电路属于纯电阻电路，
W=，在电压和通电时间一定时，灯泡较暗时，总电阻较大，消耗电能少，省电．
η===，
灯泡较暗时，电路电流小，灯泡两端电压小，电源电压不变，所以灯泡较暗时，效率低，能量利用率低．
故答案为：（1）见下表：

猜想	电流表、电压表示数情况
如果B成立	电流表示数为零，电压表示数为零
如果C成立	电流表有示数，电压表示数为零
如果D成立	电流表示数为零，电压表示数为零

（2）①0.75；②不应设功率的平均值一栏；
（3）W=，在电压和通电时间一定时，灯泡较暗时，总电阻较大，消耗电能少，省电． η===，
灯泡较暗时，电路电流小，灯泡两端电压小，电源电压不变，所以灯泡较暗时，效率低，能量利用率低．
分析：（1）灯泡不亮可能是灯泡断路或灯泡以外的地方断路或灯泡短路，
灯泡断路时，电路断路，电路中没有电流，电流表无示数，电压表串联在电路中，电压表测量电源电压；
灯泡短路时，电路总电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测量导线电压，示数为0．
灯泡以外的地方断路，整个电路都处于断开状态，灯泡不亮，电压表和电流表都没有示数．
（2）①在表格中找到灯泡额定电压下的电流，根据P=UI计算额定功率．
②灯泡两端电压增大，电流增大，功率增大，计算功率平均值无意义．
（3）灯泡属于纯电阻电路，电路消耗的能量，利用 W=，在电压和通电时间一定时，
通过比较灯泡较暗和较亮时总电阻的大小，来比较消耗的电能．
电能的利用率η===，总电压一定，比较灯泡较暗和较亮时的电压可以比较能量利用率．
点评：本题最后一问比较少见，对学生来讲有很大的难度，利用控制变量法，比较消耗电能的多少，利用控制变量法，比较能源利用率，本题给学生解决了生活中的困惑，体现了物理与生活的密切关系．