Question

15．小楓家用的電熱水器銘牌上標(biāo)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，他想設(shè)計一個實驗測出電熱水器的電功率．學(xué)校實驗室中常備器材有：一節(jié)干電池，一個滑動變阻器，一個開關(guān)，導(dǎo)線若干．另外，還有可供選擇的以下器材：
A．電流表A₁（量程：0-0.6A，0-3A） 
B．電流表A₂（量程：0-0.6A，0-3A）
C．電壓表V₁（量程：0-3V，0-15V）  
D．電壓表V₂（量程：0-3V，0-15V）
E．定值電阻R₀（阻值：1Ω）         
F．定值電阻R₀（阻值：100Ω）
G．定值電阻R₀（阻值：1000Ω）
若電熱水器的電阻R_X保持不變，小楓打算利用實驗室中的以上器材，設(shè)計實驗，測量出電熱水器的額定功率值．
（1）小楓認(rèn)真思考后，發(fā)現(xiàn)不能用伏安法來測電熱水器的額定功率．
①根據(jù)“220V 5**W”的字樣，可大致求出該電熱水器的電阻R_X阻值范圍為80.8Ω-96.8Ω．
②小楓把電阻R_X接入電源的兩端，發(fā)現(xiàn)無法準(zhǔn)確地用上述電流表測量電流的大小，原因是：電源電壓為1.5V太�。�
（2）小楓和同學(xué)討論后，發(fā)現(xiàn)可以用所學(xué)的電學(xué)知識進(jìn)行較準(zhǔn)確的測量，這時應(yīng)選擇的實驗器材是：一節(jié)干電池、一個滑動變阻器，一個開關(guān)，導(dǎo)線若干和C、F（填寫上述器材前面字母序號）；請在虛線框中畫出此時的實驗電路圖，電路還要求能實現(xiàn)多次測量．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$來計算電熱水壺的電阻值范圍；
②一節(jié)干電池的電壓為1.5V；由歐姆定律，電流太小無法測量；
（2）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，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律可求電熱水器的電阻R_X，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求額定功率．
滑動變阻器串聯(lián)在電路中，保護(hù)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的目的．

解答 解：（1）①由公式P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，熱水器的電阻為R_x=$\frac{{U}^{2}}{P}$，額定功率為500-599W，故其最大電阻為：
R_大=$\frac{（220V）^{2}}{500W}$=96.8Ω，
R_小=$\frac{（220V）^{2}}{599W}$≈80.8Ω，故該電熱水器的電阻R_X阻值范圍為80.8Ω-96.8Ω；
②實驗室中用一節(jié)干電池做電源，所以提供的電源電壓為1.5V；所測電流太小，無法準(zhǔn)確地用上述電流表測量電流的大��；
（2）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)，開關(guān)串聯(lián)在電路中，滑動變阻器串聯(lián)在電路中，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律可求電熱水器的電阻R_X，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求額定功率．
通過移動滑片，可多次測量，如下圖：

故答案為：（1）①80.8Ω-96.8Ω；（2）電源電壓為1.5V太小；（2）C、F；電路圖見上．

點(diǎn)評 本題測量電熱水器的電功率，考查了串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律和電功率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是考慮實驗的可操作性和測量的準(zhǔn)確程度及實驗方案的設(shè)計，有一定難度．