Question

某工廠裝配車間有一個純電阻元件，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～O.6A，0～3A），兩個開關，導線若干．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）根據學過的電功率公式，只要測量出元件的某一物理量

電阻

，即可計算出它的額定電壓值；
（2）為較準確地測量，電流表的量程應選

0～0.6A

．選用的定阻電阻R₀（要求從四個電阻中任選一個）為

B（30Ω）

；
（3）在方框中畫出實驗電路圖．
（4）按照你設計的電路圖，補全下列實驗步驟，并寫出實驗中要測量的物理量（用字母表示）．
a．連接電路．
b．

閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數I₁

c．

閉合S₂，斷開S₁，記下電流表示數I₂

d．斷開電路，整理器材．
e．用測得的物理量和已知物理量計算元件額定電壓的公式為：
U_額=

PI1R0 I2

．

Answer 1

分析：（1）由電功率的計算公式P=

W

t

、P=UI、P=I²R、P=

U2

R

知，與電壓有關的功率公式有P=UI和P=

U2

R

．對于P=UI，要知道額定電壓，必須測量額定電流，而額定電流未知；對于P=

U2

R

，要知道額定電壓，必須測量導體電阻，電阻值是不變的，所以測量出電阻阻值，就能得出額定電壓；
（2）①由題知，估計額定電壓在10V～19V之間，額定功率為6W，由P=UI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根據定值電阻單獨接入電路中時，電路中的電流不能超過電流表的量程，且電流表的示數太小時讀數不準確來確定定值電阻的阻值；
（3）將電阻元件與R₀并聯，兩個開關分別接在兩個支路上、電流表測量干路電流，據此設計電路圖；
（4）根據開關閉合和斷開測出各支路的電流，再根據并聯電路的電壓特點和歐姆定律求出電阻元件的電阻，根據P=

U2

R

求出元件額定電壓．

解答：解：（1）根據P=

U2

R

可知，只要測量出元件的電阻，即可計算出它的額定電壓值；
（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電源的電壓為6V，電流表的量程選0～0.6A，
定值電阻單獨接入電路中時，最小阻值：
R_0min=

U

I0max

=

6V

0.6A

=10Ω，
∵電流表的示數過小時，讀數不準確，
∴定值電阻選B（30Ω）；
（3）將電阻元件與R₀并聯，兩個開關分別接在兩個支路上、電流表測量干路電流，如下圖所示：

（4）a．按照設計電路連接電路元件；
b．閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數I₁；
c．閉合S₂，斷開S₁，記下電流表示數I₂；
d．斷開電路，整理器材．
e．用測得的物理量和已知物理量計算元件額定電壓的公式，
∵并聯電路中各支路兩端的電壓相等，
∴根據歐姆定律可得：
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I₁；
c．閉合S₂，斷開S₁，記下電流表示數I₂；
e.

PI1R0 I2

．

點評：本題是一道電學實驗設計的難題，設計電路圖和實驗步驟的關鍵是找準突破口--有電流表，電源電壓不變，定值電阻阻值已知．