题目内容

10.某品牌电饭锅采用纯电阻电热丝加热,有“煮饭”和“保温”两种工作模式,在220V电压下额定功率分别为600W和80W.物理兴趣小组的同学们想通过实验测定该电饭锅电热丝的电阻.
现有实验器材:干电池两节,滑动变阻器R1(最大阻值20Ω),电阻箱R(精度0.1Ω)电压表V(量程3V,内阻很大),电流表A(量程6mA,内阻r=35.0Ω),开关及导线若干.

①同学们利用多用表进行初步测量和估算发现,电饭锅处于不同工作模式时,实验电流差异较大.为了能顺利完成实验,他们打算将电流表的测量范围扩大到48mA,则应该将电阻箱调节至R=5Ω并与电流表并联.
②同学们设计并连接了如图1所示的电路图,接通电源前应将滑动变阻器的滑片置于a(填“a”或“b”)端.
③将电饭锅调至“煮饭”模式,闭合(填“闭合”或“断开”)开关K2,再闭合开关K1,调节滑动变阻器阻值,发现两表示数均有示数,但都不能调到零.如果该故障是由图中标号“1”到“6”中的一根导线断路引起,则断路的导线是3.排除故障后,调节滑动变阻器阻值,记下各电表六组读数后断开开关K1.然后将电饭锅调至“保温”模式,改变K2状态,再闭合开关K1,调节滑动变阻器阻值,记下各电表六组读数后断开开关K1.
④直接将两组实验读到的数据绘制成如图2所示的图象.由图可知,该实验中电饭锅处于“煮饭”模式时测得的阻值为50Ω.(保留两位有效数字)
⑤同学们计算发现,实验操作、数据记录与处理均正确无误,但实验得到的结果比电饭锅正常工作时的阻值小很多,请指出造成该差异的主要原因:正常工作比实验时温度高,金属电阻阻值随温度升高而增大.

分析 ①将电流表A(量程6mA,内阻r=35.0Ω),扩大到量程为48mA,根据串并联特点,即可求解;
②根据滑动变阻器分压式,接入电路中电阻最小,电压最小,则最安全;
③由滑动变阻器的分压与限流,结合两表示数均有示数,但都不能调到零,即可求解;
④根据R=$\frac{U}{I}$,结合电流表的量程扩大,即可求解;
⑤根据温度变化,导致电阻率变化,从而导致电阻变化.

解答 解:①将电流表A(量程6mA,内阻r=35.0Ω),扩大到量程为48mA,
因此通过R的电流为48mA-6mA=42mA,那么电阻箱调节至R=$\frac{6×35}{42}$Ω=5Ω;
②因滑动变阻器以分压式接入电路,因此接通电源前应将滑动变阻器的滑片置于a,即电饭锅两端电压为零;
③将电饭锅调至“煮饭”模式,闭合开关K2,即扩大电流表的量程,从而赶到保护电流表的作用,再闭合开关K1,
调节滑动变阻器阻值,发现两表示数均有示数,但都不能调到零.说明滑动变阻器处于限流式,而题目中电路中滑动变阻器,却是以分压式接入电路图,因此导线3处于断路状态;
④由图2可知,当U=2V时,I=5mA,因电流表的量程扩大8倍,因此此时通过电饭锅的电流为I′=40mA;
那么电饭锅处于“煮饭”模式时测得的阻值R=$\frac{2}{0.04}$Ω=50Ω;
⑤实验得到的结果比电饭锅正常工作时的阻值小很多,原因是:正常工作比实验时温度高,金属电阻阻值随温度升高而增大;
故答案为:①5.0; ②a;③闭合,3; ④50;
⑤正常工作比实验时温度高,金属电阻阻值随温度升高而增大.

点评 考查电表的量程改装,掌握滑动变阻器的分压与限流的区别,理解还有温度会影响电阻率,注意第④问题中电流表的读数不是实际值.

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