Question

【題目】物理課上，老師拿來一電熱毯，銘牌上標有“220V XXW”的字樣，其中額定功率值不清，估計在40W﹣60W之間，老師請同學們通過實驗測出電熱毯的額定功率值，老師準備的材料有：一個蓄電池（電壓為6V），三個開關(guān)，導線若干，另外，老師還提供選擇的以下器材．

A．電流表（量程：0～0.6A，0～3A）．

B．電壓表V（量程：0～3V，0～15V檔已損壞）．

C．定值電阻R1（阻值：20Ω）．

D．定值電阻R2（阻值：500Ω）．

E．滑動變阻器RP1（阻值：0～50Ω）．

F．滑動變阻器RP2（阻值：0～3000Ω）．

請你幫助同學們設(shè)計一個實驗方案，測出電熱毯的額定功率值（電路不可重組，不計溫度對電阻的影響），要求：

（1）為測出電熱毯的額定功率，除了選擇蓄電池、開關(guān)及導線外，還應(yīng)選擇的實驗器材有 （填寫器材前面的字母序號）

（2）請在虛線框內(nèi)畫出你所設(shè)計的實驗電路圖．

（3）根據(jù)你所設(shè)計的電路，寫出主要實驗步驟和需測量的物理量．

（4）寫出額定功率P的數(shù)學表達式．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

【答案】（1）B、D、F；

（2）實驗電路圖如圖所示；

（3）實驗步驟：

①按照電路圖連接好實物圖，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使其接入電路中的電阻最大時，閉合開關(guān)S、S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑片適當?shù)奈恢�，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U1；

②保持滑動變阻器的滑片不動，斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U2；

（4）電熱毯的額定功率的表達式：P=．

【解析】解：（1）由銘牌上標有“220V，XXW”的字樣，其中額定功率值不清，在40W～60W之間，

根據(jù)R=可計算出電熱毯的電阻在1210Ω左右，

把電熱絲接在6V的電源上，電路中的最大電流I===0.005A＜0.02A，因此無法用伏安法測電阻，

為了準確測量被測電阻的阻值，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓關(guān)系可知：滑動變阻器、定值電阻與電熱毯的電阻相差不能太大，

則利用與被測電阻接近的R2與被測電阻串聯(lián)，電壓表分別測量已知電阻和電熱毯兩端的電壓，

已知電阻兩端電壓，根據(jù)電壓表示數(shù)和定值電阻的阻值即可求出電路中電流，再利用串聯(lián)電路的特點和R=即可求出被測電阻，

故選擇的器材有：B．電壓表（量程：0～3V，0～15V檔已損壞），D．定值電阻R2（阻值：500Ω），

由于電壓表0～15V檔已損壞，故應(yīng)串聯(lián)一個F．滑動變阻器RP2（阻值：0～3000Ω）；

（2）設(shè)計電路：將滑動變阻器、定值電阻和電熱毯串聯(lián)，根據(jù)開關(guān)的閉合和斷開用電壓表分別測量電熱毯和電熱毯與定值電阻的電壓U1和U2，如圖：

（3）實驗步驟：

①按照電路圖連接好實物圖，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使其接入電路中的電阻最大時，閉合開關(guān)S、S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑片適當?shù)奈恢�，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U1；

②保持滑動變阻器的滑片不動，斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U2；

（4）因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，

所以，R2兩端的電壓：

UR2=U2﹣U1，

因串聯(lián)電路中各處的電流相等，

所以，由I=可得：

=，即=，

解得：Rx=，

則電熱毯的額定功率：

P===．

答：（1）B、D、F；

（2）實驗電路圖如上圖所示；

（3）實驗步驟：

①按照電路圖連接好實物圖，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使其接入電路中的電阻最大時，閉合開關(guān)S、S1，斷開S2，調(diào)節(jié)滑片適當?shù)奈恢�，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U1；

②保持滑動變阻器的滑片不動，斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U2；

（4）電熱毯的額定功率的表達式：P=．