Question

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A（量程：0～O.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（30Ω）

；
（3）在方框中画出实验电路图．
（4）按照你设计的电路图，补全下列实验步骤，并写出实验中要测量的物理量（用字母表示）．
a．连接电路．
b．

闭合S₁，断开S₂，记下电流表示数I₁

c．

闭合S₂，断开S₁，记下电流表示数I₂

d．断开电路，整理器材．
e．用测得的物理量和已知物理量计算元件额定电压的公式为：
U_额=

PI1R0 I2

．

Answer 1

分析：（1）由电功率的计算公式P=

W

t

、P=UI、P=I²R、P=

U2

R

知，与电压有关的功率公式有P=UI和P=

U2

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=

U2

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；
（4）根据开关闭合和断开测出各支路的电流，再根据并联电路的电压特点和欧姆定律求出电阻元件的电阻，根据P=

U2

R

求出元件额定电压．

解答：解：（1）根据P=

U2

R

可知，只要测量出元件的电阻，即可计算出它的额定电压值；
（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=

P

U

=

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=

U

I0max

=

6V

0.6A

=10Ω，
∵电流表的示数过小时，读数不准确，
∴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：

（4）a．按照设计电路连接电路元件；
b．闭合S₁，断开S₂，记下电流表示数I₁；
c．闭合S₂，断开S₁，记下电流表示数I₂；
d．断开电路，整理器材．
e．用测得的物理量和已知物理量计算元件额定电压的公式，
∵并联电路中各支路两端的电压相等，
∴根据欧姆定律可得：
I₁R₀=I₂R_x，
解得R_x=

I1R0

I2

，
元件额定电压的公式U_额=

PRx

=

PI1R0 I2

．
故答案为：
（1）电阻；
（2）0～0.6A；B（30Ω）；
（3）如上图所示；
（4）b．闭合S₁，断开S₂，记下电流表示数I₁；
c．闭合S₂，断开S₁，记下电流表示数I₂；
e.

PI1R0 I2

．

点评：本题是一道电学实验设计的难题，设计电路图和实验步骤的关键是找准突破口--有电流表，电源电压不变，定值电阻阻值已知．