Question

家庭用电热水器铭牌上标有“220V 5**W”的字样，其中额定功率值5后面两位数字模糊不清．
实验室中常备仪器有：一节干电池，一个滑动变阻器，一个开关，导线若干．
另外，还有可供选择的以下器材：
A．电流表A₁（量程：0～0.6A，0--3A）
B．电流表A₂（量程：0～0.6A，0～3A）
C．电压表V₁（量程：0～3V，0～1 5V）
D．电压表V₂（量程：0～3V，0～1 5V）
E．定值电阻R（阻值：1Ω）
F．定值电阻R（阻值：100Ω）
G．定值电阻R（阻值：1 000Ω）
请你利用实验室中的以上器材，设计实验，测量出电热水器的额定功率值．
（1）试写出设计实验的思路：________．
（2）为进行较准确的测量，你应选择的实验器材是________（填写器材前面字母序号）．
（3）在方框中画出实验电路图．
（4）设计出实验记录表格．

Answer 1

解：（1）电热水器的功率在500W～599W之间，
根据R=得，电阻在80.6Ω～96.8Ω之间，约为100Ω，
接在1.5V电压下，电流为：I===0.015A＜0.02A（电流表分度值），无法用电流表测电流．
只有电压表，采用已知电阻和电热水器串联，两个电压表分别测已知电阻和电热水器电压，求出已知电阻的电流，即电热水器的电流，求出电热水器的电阻，利用公式P_额=算出额定功率值．
（2）实验中需要2个电压表、选择C、D．
定值电阻与电热水器的电阻不能相差太大，因为串联电路中，电阻起分担电压的作用，电阻越大，分担的电压越大．较大的电阻两端电压接近1.5V，较小电阻两端电压接近0，无法准确测量电压值，所以定值电阻选择F．
（3）定值电阻与电热水器R_X串联，V₁与电热水器并联，V₂与定值电阻并联，滑动变阻器串联在电路中，开关串联在电路中．如图．

（4）实验中需要记录V₁ 和V₂示数，计算R_X、R_X的平均值和额定功率．设计表格如下．

实验次数	V1/V	V2 /V	Rx /Ω	/Ω	P/W
1
2
3

故答案为：（1）利用给出的实验器材，测出电热水器的电阻值R_X，利用公式P_额=算出额定功率值；（2）C、D、F；（3）如电路图；（4）如上表．

分析：（1）电热水器的功率在500W～599W之间，根据R=得，电阻在80.6Ω～96.8Ω之间，约为100Ω，
利用伏安法测电热水器的电阻，电流约为：I===0.015A＜0.02A（电流表分度值），
只有电压表，采用已知电阻与电热水器串联，电压表分别测电热水器和已知电阻的电压，找电流相等，列等式求解．
（2）电热水器如果和已知电阻阻值相差很大，分担电压相差很大．
小电阻将无法用普通电压表测电压，故采用定值电阻为100Ω电阻．
（3）电热水器与100Ω定值电阻串联，两个电压表分别与电热水器和定值电阻并联测量电压．
滑动变阻器串联在电路中，保护电路和改变电热水器的电压和电流，完成多次测量减小误差．
开关串联在电路中，控制电路．
（4）根据需要测量的电压值，计算的电阻值，计算的电阻平均值，计算的额定功率，设计表格．
点评：（1）被测电阻很大时，用普通的电流表无法直接测量电流，用已知电阻和被测电阻串联，求得已知电阻的电流，即被测电阻的电流．利用串联电路电流相等列等式求解．
（2）设计表格对于学生来讲，有一定难度，设计时从需要测量的物理量和计算得出的物理量方面考虑．