Question

10．某品牌電飯鍋采用純電阻電熱絲加熱，有“煮飯”和“保溫”兩種工作模式，在220V電壓下額定功率分別為600W和80W．物理興趣小組的同學(xué)們想通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定該電飯鍋電熱絲的電阻．
現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材：干電池兩節(jié)，滑動(dòng)變阻器R₁（最大阻值20Ω），電阻箱R（精度0.1Ω）電壓表V（量程3V，內(nèi)阻很大），電流表A（量程6mA，內(nèi)阻r=35.0Ω），開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干．

①同學(xué)們利用多用表進(jìn)行初步測(cè)量和估算發(fā)現(xiàn)，電飯鍋處于不同工作模式時(shí)，實(shí)驗(yàn)電流差異較大．為了能順利完成實(shí)驗(yàn)，他們打算將電流表的測(cè)量范圍擴(kuò)大到48mA，則應(yīng)該將電阻箱調(diào)節(jié)至R=5Ω并與電流表并聯(lián)．
②同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)并連接了如圖1所示的電路圖，接通電源前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片置于a（填“a”或“b”）端．
③將電飯鍋調(diào)至“煮飯”模式，閉合（填“閉合”或“斷開(kāi)”）開(kāi)關(guān)K₂，再閉合開(kāi)關(guān)K₁，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值，發(fā)現(xiàn)兩表示數(shù)均有示數(shù)，但都不能調(diào)到零．如果該故障是由圖中標(biāo)號(hào)“1”到“6”中的一根導(dǎo)線斷路引起，則斷路的導(dǎo)線是3．排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值，記下各電表六組讀數(shù)后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K₁．然后將電飯鍋調(diào)至“保溫”模式，改變K₂狀態(tài)，再閉合開(kāi)關(guān)K₁，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值，記下各電表六組讀數(shù)后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K₁．
④直接將兩組實(shí)驗(yàn)讀到的數(shù)據(jù)繪制成如圖2所示的圖象．由圖可知，該實(shí)驗(yàn)中電飯鍋處于“煮飯”模式時(shí)測(cè)得的阻值為50Ω．（保留兩位有效數(shù)字）
⑤同學(xué)們計(jì)算發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄與處理均正確無(wú)誤，但實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果比電飯鍋正常工作時(shí)的阻值小很多，請(qǐng)指出造成該差異的主要原因：正常工作比實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度高，金屬電阻阻值隨溫度升高而增大．

Answer 1

分析 ①將電流表A（量程6mA，內(nèi)阻r=35.0Ω），擴(kuò)大到量程為48mA，根據(jù)串并聯(lián)特點(diǎn)，即可求解；
②根據(jù)滑動(dòng)變阻器分壓式，接入電路中電阻最小，電壓最小，則最安全；
③由滑動(dòng)變阻器的分壓與限流，結(jié)合兩表示數(shù)均有示數(shù)，但都不能調(diào)到零，即可求解；
④根據(jù)R=$\frac{U}{I}$，結(jié)合電流表的量程擴(kuò)大，即可求解；
⑤根據(jù)溫度變化，導(dǎo)致電阻率變化，從而導(dǎo)致電阻變化．

解答 解：①將電流表A（量程6mA，內(nèi)阻r=35.0Ω），擴(kuò)大到量程為48mA，
因此通過(guò)R的電流為48mA-6mA=42mA，那么電阻箱調(diào)節(jié)至R=$\frac{6×35}{42}$Ω=5Ω；
②因滑動(dòng)變阻器以分壓式接入電路，因此接通電源前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片置于a，即電飯鍋兩端電壓為零；
③將電飯鍋調(diào)至“煮飯”模式，閉合開(kāi)關(guān)K₂，即擴(kuò)大電流表的量程，從而趕到保護(hù)電流表的作用，再閉合開(kāi)關(guān)K₁，
調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值，發(fā)現(xiàn)兩表示數(shù)均有示數(shù)，但都不能調(diào)到零．說(shuō)明滑動(dòng)變阻器處于限流式，而題目中電路中滑動(dòng)變阻器，卻是以分壓式接入電路圖，因此導(dǎo)線3處于斷路狀態(tài)；
④由圖2可知，當(dāng)U=2V時(shí)，I=5mA，因電流表的量程擴(kuò)大8倍，因此此時(shí)通過(guò)電飯鍋的電流為I′=40mA；
那么電飯鍋處于“煮飯”模式時(shí)測(cè)得的阻值R=$\frac{2}{0.04}$Ω=50Ω；
⑤實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果比電飯鍋正常工作時(shí)的阻值小很多，原因是：正常工作比實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度高，金屬電阻阻值隨溫度升高而增大；
故答案為：①5.0； ②a；③閉合，3； ④50；
⑤正常工作比實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度高，金屬電阻阻值隨溫度升高而增大．

點(diǎn)評(píng) 考查電表的量程改裝，掌握滑動(dòng)變阻器的分壓與限流的區(qū)別，理解還有溫度會(huì)影響電阻率，注意第④問(wèn)題中電流表的讀數(shù)不是實(shí)際值．