Question

10．小明家有一電熱毯，銘牌上標(biāo)有“220V，**W”的字樣，其中額定功率值不清，大約為40W．現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室有下列實(shí)驗(yàn)器材：一個(gè)蓄電池（電壓為6V），一個(gè)開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線若干．另外，還有可供選擇的以下器材：
A．電流表A（量程：0～0.6A，0～3A）．  B．電壓表V₁（量程：0～3V，0～15V）．
C．電壓表V₂（量程：0～3V，0～15V）．   D．定值電阻R₁（阻值：20Ω）．
E．定值電阻R₂（阻值：500Ω）．F．滑動(dòng)變阻器（阻值：0～10Ω）．
G．滑動(dòng)變阻器（阻值：0～1kΩ）．
根據(jù)你學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，只要測(cè)量出電熱毯的電阻，即可算出它的額定功率值． 請(qǐng)你幫助小明測(cè)量出電熱毯的額定功率值．
（1）通過(guò)估算說(shuō)明不能用伏安法測(cè)量電熱毯電阻值的原因．
（2）利用雙伏法較準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)，除電壓表外選擇的實(shí)驗(yàn)器材是EG（填序號(hào)）
（3）在如圖方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖．
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路，寫(xiě)出測(cè)量這個(gè)物理量的公式R_x=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}{R}_{2}$．
（5）設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)記錄表格．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出電路中的最大電流，然后電流表的分度值進(jìn)行比較；
（2）用一個(gè)電壓表測(cè)已知電阻兩端的電壓，然后算出電流，用另一只電壓表測(cè)量待測(cè)電阻兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出被測(cè)電阻的阻值；
（3）使被測(cè)電阻與R₂并聯(lián)，電壓表測(cè)量已知電阻兩端電壓，據(jù)此設(shè)計(jì)電路圖，然后串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和歐姆定律表示出被測(cè)電阻的阻值．
（4）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律和歐姆定律求解；
（5）實(shí)驗(yàn)中要多次測(cè)量，根據(jù)需要測(cè)量的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)表格．

解答 解：（1）電熱毯的電阻為：R=$\frac{{U}^{2}}{P}$=$\frac{{（220V）}^{2}}{40W}$=1210Ω；電熱毯接入電路中時(shí)的電流為：電路中的最大電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{6V}{1210Ω}$=0.005A＜0.02A，因此無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)．
（2）為了準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)電阻的阻值，則利用與被測(cè)電阻接近的R₂與被測(cè)電阻串聯(lián)，用一只電壓表測(cè)量已知電阻兩端電壓，根據(jù)定值電阻兩端電壓表示數(shù)和定值電阻的阻值即可求出電路中電流，再用另一只電壓表測(cè)量待測(cè)電阻兩端的電壓，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$即可求出被測(cè)電阻，為了實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量，電路中應(yīng)接入滑動(dòng)變阻器，由于待測(cè)電阻的阻值較大，故應(yīng)選用阻值最大的滑動(dòng)變阻器，故選擇的器材有EG；
（3）將電壓表V₁被測(cè)電阻并聯(lián)，將電壓表V₂與R₂串聯(lián)；這兩個(gè)電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)；電路圖如下圖所示：
；
（4）閉合開(kāi)關(guān)后，電壓表V₁的示數(shù)為U₁，電壓表V₂的示數(shù)為U₂，則電路中的電流為：I=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$；則R_x的表達(dá)式：R_x=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{{U}_{1}}{\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}}$=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}{R}_{2}$．
（5）為了減小誤差，應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，進(jìn)行多次測(cè)量，故表格為：

次數(shù)	電壓U1/V	電壓U2/V	R/Ω
1
2
3

故答案為：（1）電路中電阻較大，電流較小，無(wú)法讀數(shù)；（2）EG；（3）如圖；（4）R_x=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}{R}_{2}$；（5）如上表．

點(diǎn)評(píng) 本題考查計(jì)算電功率所需的物理量，估測(cè)電阻和電阻的計(jì)算，估測(cè)電流，以及測(cè)量電阻的步驟．