Question

（2010?泰安）家庭用電熱水器銘牌上標有“220V 5**W”的字樣，其中額定功率值5后面兩位數(shù)字模糊不清．
實驗室中常備儀器有：一節(jié)干電池，一個滑動變阻器，一個開關，導線若干．
另外，還有可供選擇的以下器材：
A．電流表A₁（量程：O～0.6A，0--3A）
B．電流表A₂（量程：O～O.6A，0～3A）
C．電壓表V₁（量程：O～3V，O～1 5V）
D．電壓表V₂（量程：O～3V，O～1 5V）
E．定值電阻R（阻值：1Ω）
F．定值電阻R（阻值：100Ω）
G．定值電阻R（阻值：1 000Ω）
請你利用實驗室中的以上器材，設計實驗，測量出電熱水器的額定功率值．
（1）試寫出設計實驗的思路：

利用給出的實驗器材，測出電熱水器的電阻值R_X，利用公式P_額=

U2

R

算出額定功率值

．
（2）為進行較準確的測量，你應選擇的實驗器材是

C、D、F

（填寫器材前面字母序號）．
（3）在方框中畫出實驗電路圖．
（4）設計出實驗記錄表格．

Answer 1

分析：（1）電熱水器的功率在500W～599W之間，根據(jù)R=

U2

P

得，電阻在80.6Ω～96.8Ω之間，約為100Ω，
利用伏安法測電熱水器的電阻，電流約為：I=

U

R

=

1.5V

100Ω

=0.015A＜0.02A（電流表分度值），
只有電壓表，采用已知電阻與電熱水器串聯(lián)，電壓表分別測電熱水器和已知電阻的電壓，找電流相等，列等式求解．
（2）電熱水器如果和已知電阻阻值相差很大，分擔電壓相差很大．
小電阻將無法用普通電壓表測電壓，故采用定值電阻為100Ω電阻．
（3）電熱水器與100Ω定值電阻串聯(lián)，兩個電壓表分別與電熱水器和定值電阻并聯(lián)測量電壓．
滑動變阻器串聯(lián)在電路中，保護電路和改變電熱水器的電壓和電流，完成多次測量減小誤差．
開關串聯(lián)在電路中，控制電路．
（4）根據(jù)需要測量的電壓值，計算的電阻值，計算的電阻平均值，計算的額定功率，設計表格．

解答：解：（1）電熱水器的功率在500W～599W之間，
根據(jù)R=

U2

P

得，電阻在80.6Ω～96.8Ω之間，約為100Ω，
接在1.5V電壓下，電流為：I=

U

R

=

1.5V

100Ω

=0.015A＜0.02A（電流表分度值），無法用電流表測電流．
只有電壓表，采用已知電阻和電熱水器串聯(lián)，兩個電壓表分別測已知電阻和電熱水器電壓，求出已知電阻的電流，即電熱水器的電流，求出電熱水器的電阻，利用公式P_額=

U2

R

算出額定功率值．
（2）實驗中需要2個電壓表、選擇C、D．
定值電阻與電熱水器的電阻不能相差太大，因為串聯(lián)電路中，電阻起分擔電壓的作用，電阻越大，分擔的電壓越大．較大的電阻兩端電壓接近1.5V，較小電阻兩端電壓接近0，無法準確測量電壓值，所以定值電阻選擇F．
（3）定值電阻與電熱水器R_X串聯(lián)，V₁與電熱水器并聯(lián)，V₂與定值電阻并聯(lián)，滑動變阻器串聯(lián)在電路中，開關串聯(lián)在電路中．如圖．

（4）實驗中需要記錄V₁ 和V₂示數(shù)，計算R_X、R_X的平均值和額定功率．設計表格如下．

實驗次數(shù)	V1/V	V2 /V	Rx /Ω	. RX /Ω	P/W
1
2
3

故答案為：（1）利用給出的實驗器材，測出電熱水器的電阻值R_X，利用公式P_額=

U2

R

算出額定功率值；（2）C、D、F；（3）如電路圖；（4）如上表．

點評：（1）被測電阻很大時，用普通的電流表無法直接測量電流，用已知電阻和被測電阻串聯(lián)，求得已知電阻的電流，即被測電阻的電流．利用串聯(lián)電路電流相等列等式求解．
（2）設計表格對于學生來講，有一定難度，設計時從需要測量的物理量和計算得出的物理量方面考慮．