Question

7．某工厂装配车间有一个纯电阻元件，其上标有“1*V，6W”字样，其中额定电压值不清，估计在10V～19V之间，若要正确使用这个元件，需找出它的额定电压值．现在实验室中有以下实验器材：
一个蓄电池（电压约6V），一只电流表④（量程：0～0.6A，0～3A），两个开关，导线若干．另外，还有可供选择的定值电阻R₀，分别为：A．1Ω 　B．30Ω　C．500Ω　D．1kΩ
请你利用上述器材，通过实验测量，找出此元件的额定电压值．
（1）根据学过的电功率公式，只要测量出元件的某一物理量电阻，即可计算出它的额定电压值．
（2）为较准确地测量，电流表的量程应选：0～0.6A，选用的定阻电阻R₀（要求从四个电阻中任选一个）为B．
（3）画出实验电路图．

Answer 1

分析 （1）由电功率的计算公式P=$\frac{W}{t}$、P=UI、P=I²R、P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，与电压有关的功率公式有P=UI和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$．对于P=UI，要知道额定电压，必须测量额定电流，而额定电流未知；对于P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，要知道额定电压，必须测量导体电阻，电阻值是不变的，所以测量出电阻阻值，就能得出额定电压；
（2）①由题知，估计额定电压在10V～19V之间，额定功率为6W，由P=UI可知，当额定电压最小为10V时，电流才为0.6A，选小量程即可；
②根据定值电阻单独接入电路中时，电路中的电流不能超过电流表的量程，且电流表的示数太小时读数不准确来确定定值电阻的阻值；
（3）将电阻元件与R₀并联，两个开关分别接在两个支路上、电流表测量干路电流，据此设计电路图．

解答 解：（1）从实验的原理上考虑，因为灯泡的电阻不变，如果测出电阻，就能根据电功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$变形来求出额定电压．
（2）①电阻元件的额定功率为6W，假设额定电压最小为10V，额定电流最大为I=$\frac{P}{U}$=$\frac{6W}{10V}$=0.6A；
所以电流表的量程选0～0.6A；
②电源的电压为6V，电流表的量程选0～0.6A，
定值电阻单独接入电路中时，最小阻值：
R_0min=$\frac{U}{{I}_{0max}}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω，
对电阻R₀的选择应注意测量时要有明显的分压，并与灯泡的电阻相差不能太大，同时电流表的示数过小时，读数不准确，
故定值电阻选B（30Ω）；
（3）将电阻元件与R₀并联，两个开关分别接在两个支路上、电流表测量干路电流，如下图所示：

故答案为：（1）电阻；（2）0～0.6A；B；（3）如上图．

点评 本题是一道电学实验设计的难题，需要对所学知识进行一定的综合和重组，设计出科学合理的方案．这就要一定的知识迁移能力和综合分析解决问题的能力．