Question

某工廠裝配車間有一個(gè)純電阻元件，其上標(biāo)有“1*V，6W”字樣，其中額定電壓值不清，估計(jì)在10V～19V之間，若要正確使用這個(gè)元件，需找出它的額定電壓值．現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中有以下實(shí)驗(yàn)器材：一個(gè)蓄電池（電壓約6V），一只電流表A（量程：0～O.6A，0～3A），兩個(gè)開關(guān)，導(dǎo)線若干．另外，還有可供選擇的定值電阻R₀，分別為：
A.1Ω    B.30Ω   C.500Ω   D.1kΩ．
請(qǐng)你利用上述器材，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量，找出此元件的額定電壓值．
（1）根據(jù)學(xué)過的電功率公式，只要測(cè)量出元件的某一物理量

電阻

，即可計(jì)算出它的額定電壓值；
（2）為較準(zhǔn)確地測(cè)量，電流表的量程應(yīng)選

0～0.6A

．選用的定阻電阻R₀（要求從四個(gè)電阻中任選一個(gè)）為

B（30Ω）

；
（3）在方框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
（4）按照你設(shè)計(jì)的電路圖，補(bǔ)全下列實(shí)驗(yàn)步驟，并寫出實(shí)驗(yàn)中要測(cè)量的物理量（用字母表示）．
a．連接電路．
b．

閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₁

c．

閉合S₂，斷開S₁，記下電流表示數(shù)I₂

d．?dāng)嚅_電路，整理器材．
e．用測(cè)得的物理量和已知物理量計(jì)算元件額定電壓的公式為：
U_額=

PI1R0 I2

．

Answer 1

分析：（1）由電功率的計(jì)算公式P=

W

t

、P=UI、P=I²R、P=

U2

R

知，與電壓有關(guān)的功率公式有P=UI和P=

U2

R

．對(duì)于P=UI，要知道額定電壓，必須測(cè)量額定電流，而額定電流未知；對(duì)于P=

U2

R

，要知道額定電壓，必須測(cè)量導(dǎo)體電阻，電阻值是不變的，所以測(cè)量出電阻阻值，就能得出額定電壓；
（2）①由題知，估計(jì)額定電壓在10V～19V之間，額定功率為6W，由P=UI可知，當(dāng)額定電壓最小為10V時(shí)，電流才為0.6A，選小量程即可；
②根據(jù)定值電阻單獨(dú)接入電路中時(shí)，電路中的電流不能超過電流表的量程，且電流表的示數(shù)太小時(shí)讀數(shù)不準(zhǔn)確來確定定值電阻的阻值；
（3）將電阻元件與R₀并聯(lián)，兩個(gè)開關(guān)分別接在兩個(gè)支路上、電流表測(cè)量干路電流，據(jù)此設(shè)計(jì)電路圖；
（4）根據(jù)開關(guān)閉合和斷開測(cè)出各支路的電流，再根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律求出電阻元件的電阻，根據(jù)P=

U2

R

求出元件額定電壓．

解答：解：（1）根據(jù)P=

U2

R

可知，只要測(cè)量出元件的電阻，即可計(jì)算出它的額定電壓值；
（2）①電阻元件的額定功率為6W，假設(shè)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電源的電壓為6V，電流表的量程選0～0.6A，
定值電阻單獨(dú)接入電路中時(shí)，最小阻值：
R_0min=

U

I0max

=

6V

0.6A

=10Ω，
∵電流表的示數(shù)過小時(shí)，讀數(shù)不準(zhǔn)確，
∴定值電阻選B（30Ω）；
（3）將電阻元件與R₀并聯(lián)，兩個(gè)開關(guān)分別接在兩個(gè)支路上、電流表測(cè)量干路電流，如下圖所示：

（4）a．按照設(shè)計(jì)電路連接電路元件；
b．閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₁；
c．閉合S₂，斷開S₁，記下電流表示數(shù)I₂；
d．?dāng)嚅_電路，整理器材．
e．用測(cè)得的物理量和已知物理量計(jì)算元件額定電壓的公式，
∵并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，
∴根據(jù)歐姆定律可得：
I₁R₀=I₂R_x，
解得R_x=

I1R0

I2

，
元件額定電壓的公式U_額=

PRx

=

PI1R0 I2

．
故答案為：
（1）電阻；
（2）0～0.6A；B（30Ω）；
（3）如上圖所示；
（4）b．閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₁；
c．閉合S₂，斷開S₁，記下電流表示數(shù)I₂；
e.

PI1R0 I2

．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難題，設(shè)計(jì)電路圖和實(shí)驗(yàn)步驟的關(guān)鍵是找準(zhǔn)突破口--有電流表，電源電壓不變，定值電阻阻值已知．