Question

15．小楓家用的電熱水器銘牌上標(biāo)有“220V 5**W”的字樣，其中額定功率值5后面兩位數(shù)字模糊不清，他想設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)出電熱水器的電功率．學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中常備器材有：一節(jié)干電池，一個(gè)滑動(dòng)變阻器，一個(gè)開關(guān)，導(dǎo)線若干．另外，還有可供選擇的以下器材：
A．電流表A₁（量程：0-0.6A，0-3A） 
B．電流表A₂（量程：0-0.6A，0-3A）
C．電壓表V₁（量程：0-3V，0-15V）  
D．電壓表V₂（量程：0-3V，0-15V）
E．定值電阻R₀（阻值：1Ω）         
F．定值電阻R₀（阻值：100Ω）
G．定值電阻R₀（阻值：1000Ω）
若電熱水器的電阻R_X保持不變，小楓打算利用實(shí)驗(yàn)室中的以上器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量出電熱水器的額定功率值．
（1）小楓認(rèn)真思考后，發(fā)現(xiàn)不能用伏安法來(lái)測(cè)電熱水器的額定功率．
①根據(jù)“220V 5**W”的字樣，可大致求出該電熱水器的電阻R_X阻值范圍為80.8Ω-96.8Ω．
②小楓把電阻R_X接入電源的兩端，發(fā)現(xiàn)無(wú)法準(zhǔn)確地用上述電流表測(cè)量電流的大小，原因是：電源電壓為1.5V太�。�
（2）小楓和同學(xué)討論后，發(fā)現(xiàn)可以用所學(xué)的電學(xué)知識(shí)進(jìn)行較準(zhǔn)確的測(cè)量，這時(shí)應(yīng)選擇的實(shí)驗(yàn)器材是：一節(jié)干電池、一個(gè)滑動(dòng)變阻器，一個(gè)開關(guān)，導(dǎo)線若干和C、F（填寫上述器材前面字母序號(hào)）；請(qǐng)?jiān)谔摼�框中畫出此時(shí)的實(shí)驗(yàn)電路圖，電路還要求能實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$來(lái)計(jì)算電熱水壺的電阻值范圍；
②一節(jié)干電池的電壓為1.5V；由歐姆定律，電流太小無(wú)法測(cè)量；
（2）電熱水器與100Ω定值電阻串聯(lián)，兩個(gè)電壓表分別與電熱水器和定值電阻并聯(lián)測(cè)量電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律可求電熱水器的電阻R_X，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求額定功率．
滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，保護(hù)電路和改變電熱水器的電壓和電流，完成多次測(cè)量減小誤差的目的．

解答 解：（1）①由公式P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，熱水器的電阻為R_x=$\frac{{U}^{2}}{P}$，額定功率為500-599W，故其最大電阻為：
R_大=$\frac{（220V）^{2}}{500W}$=96.8Ω，
R_小=$\frac{（220V）^{2}}{599W}$≈80.8Ω，故該電熱水器的電阻R_X阻值范圍為80.8Ω-96.8Ω；
②實(shí)驗(yàn)室中用一節(jié)干電池做電源，所以提供的電源電壓為1.5V；所測(cè)電流太小，無(wú)法準(zhǔn)確地用上述電流表測(cè)量電流的大�。�
（2）定值電阻與電熱水器R_X串聯(lián)，V₁與電熱水器并聯(lián)，V₂與定值電阻并聯(lián)，開關(guān)串聯(lián)在電路中，滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律可求電熱水器的電阻R_X，根據(jù)P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$可求額定功率．
通過(guò)移動(dòng)滑片，可多次測(cè)量，如下圖：

故答案為：（1）①80.8Ω-96.8Ω；（2）電源電壓為1.5V太小；（2）C、F；電路圖見上．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量電熱水器的電功率，考查了串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律和電功率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是考慮實(shí)驗(yàn)的可操作性和測(cè)量的準(zhǔn)確程度及實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，有一定難度．