Question

12．中國機器人農(nóng)民發(fā)明家吳玉祿（被譽為中國的特斯拉）只有小學文化，為了給他的機器人吳老二找一個可充電電池，他在廢品站找到了一個象電池一樣有兩個電極的裝置，上面標有“TNT”等字樣，他高興地拿回去充電，結(jié)果差點丟了性命．如果你是他的兒女，為了安全起見，你能給他提出一些建議或幫助嗎？
（1）經(jīng)上網(wǎng)查找這是只工業(yè)電雷管，由電能轉(zhuǎn)化成熱能而引發(fā)爆炸的，利用了電流的熱效應．給你一個多用電表你會選擇直流電壓（直流電流、直流電壓、電阻）擋來判斷它是否為電池，可保證既安全又方便．
（2）經(jīng)核實該電雷管全電阻值為6Ω，其中電熱絲阻值為5Ω，引腳線長2m，阻值為1Ω，當通以0.45A電流時約6s鐘爆炸，若吳玉祿用5.4V的電壓給它充電時理論上約1.5s鐘爆炸（危險）．
（3）某興趣小組發(fā)揚吳玉祿精神，用伏安法設計了一實際較精確測量上述單只電雷管電阻的電路．準備了以下實驗器材：
待測電雷管R_x，炸藥桶（保護作用，防爆破）
電流表A₁：量程0.5A、內(nèi)阻約0.5Ω
電流表A₂：量程30mA、內(nèi)阻約30Ω
電壓表V₁：量程30V、內(nèi)阻約10kΩ
電壓表V₂：量程2V、內(nèi)阻約3kΩ
滑動變阻器R：0～10Ω     電阻箱R₀：0～999.9Ω，0.1A
干電池E：電動勢E=1.5V，內(nèi)阻r約0.1Ω
電鍵S及導線若干，
①請設計一個較合理的電路原理圖，畫在規(guī)定方框內(nèi)，要求通過電雷管的電流不超過27mA，電壓能從零調(diào)節(jié)，盡可能減小誤差．請標明所選用器材符號．
②寫出R_x的計算公式R_x=$\frac{U}{I}{-R}_{0}^{\;}$．

Answer 1

分析 本題（1）應明確應用電壓擋來測量未知電學元件，不能用電流擋或歐姆檔來測量；題（2）根據(jù)焦耳定律即可求解；題（3）①首先根據(jù)電源電動勢的大小選擇出電壓表，根據(jù)電路要求的最大電流可知應將待測電阻與電阻箱串聯(lián)，再根據(jù)求出的串聯(lián)電阻判定電流表應用外接法；根據(jù)電路要求電壓從零調(diào)可知變阻器應采用分壓式接法；題②根據(jù)歐姆定律求出待測電阻即可．

解答 解：（1）應用多用電表的電壓擋來判斷未知裝置是否為電池比較安全，所以應選擇電壓擋；
（2）設理論上經(jīng)過t秒時間發(fā)生爆炸，根據(jù)Q=${I}_{\;}^{2}Rt$，應有：${0.45}_{\;}^{2}×5×6$=$（\frac{U}{6}）_{\;}^{2}×5t$，解得t=1.5s；
（3）①根據(jù)電源的電動勢為1.5V可知，電壓表應選擇${V}_{2}^{\;}$；
根據(jù)題目要求通過電雷管的電流不超過27mA可知，電流表應選擇${A}_{2}^{\;}$；
根據(jù)歐姆定律可求出待測電阻兩端的最大電壓為${U}_{max}^{\;}$=${{I}_{A}^{\;}R}_{x}^{\;}$=27${×10}_{\;}^{-3}×6V$=0.16V，遠小于電壓表的量程，所以待測電阻應與電阻箱${R}_{0}^{\;}$串聯(lián)后接在電壓表兩端，此時串聯(lián)后的待測電阻最大為${R}_{x}^{′}$=$\frac{1.5}{27{×10}_{\;}^{-3}}Ω$=56Ω，由于滿足，所以電流表應用外接法；
根據(jù)實驗要求電壓從零調(diào)，所以變阻器應采用分壓式接法，電路圖如圖所示：

②由電路圖根據(jù)歐姆定律應有：U=I（${R}_{x}^{\;}{+R}_{0}^{\;}$），解得${R}_{x}^{\;}$=$\frac{U}{I}{-R}_{0}^{\;}$
故答案為：（1）直流電壓；（2）1.5；（3）①如圖，②$\frac{U}{I}{-R}_{0}^{\;}$

點評 應明確：①應通過估算設計電路連接情況；②當待測電阻滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時，電流表應用外接法，滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＜\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時，電流表應用內(nèi)接法；③當電路要求電壓或電流從零調(diào)時，變阻器應采用分壓式接法．