Question

7．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(xiàn)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④（量程：0～0.6A，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(jù)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．
（3）畫出實驗電路圖．

Answer 1

分析 （1）由電功率的計算公式P=$\frac{W}{t}$、P=UI、P=I²R、P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，與電壓有關的功率公式有P=UI和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$．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=$\frac{{U}^{2}}{R}$，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(jù)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(shù)太小時讀數(shù)不準確來確定定值電阻的阻值；
（3）將電阻元件與R₀并聯(lián)，兩個開關分別接在兩個支路上、電流表測量干路電流，據(jù)此設計電路圖．

解答 解：（1）從實驗的原理上考慮，因為燈泡的電阻不變，如果測出電阻，就能根據(jù)電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$變形來求出額定電壓．
（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=$\frac{P}{U}$=$\frac{6W}{10V}$=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=$\frac{U}{{I}_{0max}}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω，
對電阻R₀的選擇應注意測量時要有明顯的分壓，并與燈泡的電阻相差不能太大，同時電流表的示數(shù)過小時，讀數(shù)不準確，
故定值電阻選B（30Ω）；
（3）將電阻元件與R₀并聯(lián)，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：

故答案為：（1）電阻；（2）0～0.6A；B；（3）如上圖．

點評 本題是一道電學實驗設計的難題，需要對所學知識進行一定的綜合和重組，設計出科學合理的方案．這就要一定的知識遷移能力和綜合分析解決問題的能力．