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(guān)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(jù)的電壓表、電流表示數(shù)情況，在下表中的空欄處填寫完整（假設(shè)電路中只有一處故障）．

猜想	電流表、電壓表示數(shù)情況
如果A成立	電流表示數(shù)為零，電壓表有示數(shù)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(xiàn)象及得到的數(shù)據(jù)填寫在了他所設(shè)計的記錄表中（見下表）

次數(shù) 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(jù)表格中的實驗數(shù)據(jù)計算，這個小燈泡的額定功率是______W．
②記錄表的設(shè)計存在一個不當(dāng)之處，請寫出：______．
（3）實驗結(jié)束后，小剛提出了一個問題：用這樣的方法制作調(diào)光燈在能源利用方面是否合理？請你針對燈發(fā)光較暗與正常發(fā)光兩種情況，從相同時間內(nèi)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(shù)，電壓表串聯(lián)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(shù)增大，電壓表測量導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0．
燈泡以外的地方斷路，整個電路都處于斷開狀態(tài)，燈泡不亮，電壓表和電流表都沒有示數(shù)．
（2）①在表格中找到燈泡額定電壓下的電流，根據(jù)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?xí)r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?xí)r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(shù)，電壓表無法測電壓，示數(shù)為0．
C、燈泡短路，電路通路，電流表有示數(shù)，電壓表測導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0．
D、電流表斷路，電路斷路，燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表無法測電壓，示數(shù)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(shè)計功率的平均值無意義，是不恰當(dāng)?shù)模?br />（3）燈泡較暗時，電路電流小，總電阻大；燈泡較亮?xí)r，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(shù)情況
如果B成立	電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)為零
如果C成立	電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零
如果D成立	電流表示數(shù)為零，電壓表示數(shù)為零

（2）①0.75；②不應(yīng)設(shè)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(xué)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(xué)生解決了生活中的困惑，體現(xiàn)了物理與生活的密切關(guān)系．