Question

18．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：一节新干电池，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：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是电热水器额定电压为220V，而实验室提供的电源电压为1.5V；
②是根据“220V 5**W”的字样，若电热水器功率按550W来估算，大致求出该电热水器的电阻R_X为88Ω．如果把电阻R_X接入一节干电池的两端，电路中通过电阻R_X的电流小于实验用电流表的最小量程的分度值，所以无法准确地用上述电流表测量电流的大小．
（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：一节新干电池、滑动变阻器、开关、导线、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）①一节干电池的电压为1.5V；
②根据公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$来计算电热水壶的电阻值；
（2）电路中的电流小于电流表的量程，无法测量，可采用串联电路的分压特点来测量电阻值，为了能实现多次测量，电路中应串联入滑动变阻器．

解答 解：（1）①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；
②由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，热水器的电阻大约为R_x=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{（220V）^{2}}{550W}$≈88Ω；
（2）由于电流太小，所以只需用电压表，可将电热水器的电阻与一个电阻串联，根据电压表的示数、定值电阻的阻值及串联电路的特点可求得电热水壶的电阻值，再根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算电热水器的额定功率．由于电热水器的电阻大约为88Ω，所以定值电阻的阻值应选择阻值为100Ω的电阻，将电压表分别与定值电阻和R_x并联，电路如图所示：
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故答案为：（1）①1.5V；②88Ω；（2）一节新干电池、滑动变阻器、开关、导线、C、F；电路图见上．

点评 本题测用电器功率量的实验，考查了串联电路特点、欧姆定律和电功率公式的应用，关键实验方案的设计，有一定难度．