Question

15．小枫家用的电热水器铭牌上标有“220V 5**W”的字样，其中额定功率值5后面两位数字模糊不清，他想设计一个实验测出电热水器的电功率．学校实验室中常备器材有：一节干电池，一个滑动变阻器，一个开关，导线若干．另外，还有可供选择的以下器材：
A．电流表A₁（量程：0-0.6A，0-3A） 
B．电流表A₂（量程：0-0.6A，0-3A）
C．电压表V₁（量程：0-3V，0-15V）  
D．电压表V₂（量程：0-3V，0-15V）
E．定值电阻R₀（阻值：1Ω）         
F．定值电阻R₀（阻值：100Ω）
G．定值电阻R₀（阻值：1000Ω）
若电热水器的电阻R_X保持不变，小枫打算利用实验室中的以上器材，设计实验，测量出电热水器的额定功率值．
（1）小枫认真思考后，发现不能用伏安法来测电热水器的额定功率．
①根据“220V 5**W”的字样，可大致求出该电热水器的电阻R_X阻值范围为80.8Ω-96.8Ω．
②小枫把电阻R_X接入电源的两端，发现无法准确地用上述电流表测量电流的大小，原因是：电源电压为1.5V太小．
（2）小枫和同学讨论后，发现可以用所学的电学知识进行较准确的测量，这时应选择的实验器材是：一节干电池、一个滑动变阻器，一个开关，导线若干和C、F（填写上述器材前面字母序号）；请在虚线框中画出此时的实验电路图，电路还要求能实现多次测量．

Answer 1

分析 （1）①根据公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$来计算电热水壶的电阻值范围；
②一节干电池的电压为1.5V；由欧姆定律，电流太小无法测量；
（2）电热水器与100Ω定值电阻串联，两个电压表分别与电热水器和定值电阻并联测量电压，根据串联电路的规律和欧姆定律可求电热水器的电阻R_X，根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求额定功率．
滑动变阻器串联在电路中，保护电路和改变电热水器的电压和电流，完成多次测量减小误差的目的．

解答 解：（1）①由公式P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，热水器的电阻为R_x=$\frac{{U}^{2}}{P}$，额定功率为500-599W，故其最大电阻为：
R_大=$\frac{（220V）^{2}}{500W}$=96.8Ω，
R_小=$\frac{（220V）^{2}}{599W}$≈80.8Ω，故该电热水器的电阻R_X阻值范围为80.8Ω-96.8Ω；
②实验室中用一节干电池做电源，所以提供的电源电压为1.5V；所测电流太小，无法准确地用上述电流表测量电流的大小；
（2）定值电阻与电热水器R_X串联，V₁与电热水器并联，V₂与定值电阻并联，开关串联在电路中，滑动变阻器串联在电路中，根据串联电路的规律和欧姆定律可求电热水器的电阻R_X，根据P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求额定功率．
通过移动滑片，可多次测量，如下图：

故答案为：（1）①80.8Ω-96.8Ω；（2）电源电压为1.5V太小；（2）C、F；电路图见上．

点评 本题测量电热水器的电功率，考查了串联电路特点、欧姆定律和电功率公式的应用，关键是考虑实验的可操作性和测量的准确程度及实验方案的设计，有一定难度．