Question

某工廠裝配車間有一個阻值恒定的電阻元件，其上標有“1*V，6W”字樣，其中額定電壓值不清，估計在10V～19V之間，若要正確使用這個元件，需找出它的額定電壓值．現在實驗室中有以下實驗器材：一個蓄電池（電壓約6V），一只電流表A（量程：0～0.6A，0～3A），一個定值電阻R_o，兩個開關，導線若干．請你利用上述器材，通過實驗測量，找出此元件的額定電壓值．
（1）猜想與假設：根據學過的歐姆定律I=

U

R

、電功率公式P=UI，又因為元件的阻值恒定不變，所以只要測出該元件的電阻，即可計算出它的額定電壓值；
（2）設計實驗：①因該元件的額定電流不超過

 

A，為較準確地測量，電流表的量程應選：

 

．
②請在方框中畫出你設計的實驗電路圖．

（3）進行實驗：按照你設計的電路圖，補全下列實驗步驟，并寫出實驗中需要測量的物理量（用字母表示）．
a．連接電路．
b．

 

．
c．

 

．
d．斷開電路，整理器材．
（4）分析與論證：用測得的物理量和已知物理量表示計算元件額定電壓的公式為：U_額=

 

．

Answer 1

分析：（2）①由題知，估計額定電壓在10V～19V之間，額定功率為6W，由I=

P

U

可知，當額定電壓最小為10V時，電流才為0.6A，選小量程即可；
②將電阻元件與R₀并聯，兩個開關一個連在干路上、一個連在其中的一條支路上，電流表測量干路電流；
（3）只閉合S1，電路中只有R₀，讀出電流表的示數I₁；當開關都閉合兩個電阻并聯，讀出電流表的示數I₂；
（4）開關都閉合時和只閉合S₁比較，通過R₀的電流不變I₀=I₁，則通過R₁的電流I_R1=I₂-I₁；根據并聯電路的分流關系求解

解答：解：（2）①電阻元件的額定功率為6W，假設額定電壓最小為10V，額定電流最大為I=

P

U

=

6W

10V

 =0.6A
所以電流表的量程選0～0.6A；
②將電阻元件與R₀并聯，兩個開關一個連在干路上、一個連在其中的一條支路上，電流表測量干路電流，如圖所示
（3）實驗步驟：
a、根據電路圖連接電路；
b、閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數I₁；
c、閉合S₁和S₂，記下電流表示數I₂；
（4）只閉合S₁，通過R₀的電流為I₁，
開關都閉合時，因接在同一電源上，通過R₀的電流不變，還是I₁，則通過R₁的電流I_R1=I₂-I₁；
∵R₀與R₁并聯，
∴I₁R₀=I_R1R₁，即：I₁R₀=（I₂-I₁）R₁；
∴R1=

I1RO

I2-I1

∵P額=

U 2 額

R1

∴U額=

P額R1

=

P額I1R0 I2-I1

故答案為：
（2）①0.6，0-0.6A；②實驗電路圖如圖所示；
（3）閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數I₁；閉合S₁和S₂，記下電流表示數I₂；
（4）

P額I1R0 I2-I1

點評：本題設計思路中的關鍵：給一個電阻并聯上另一個電阻，因為接在同一電源上，對原來電阻無影響（通過的電流不變）