Question

12．中國(guó)機(jī)器人農(nóng)民發(fā)明家吳玉祿（被譽(yù)為中國(guó)的特斯拉）只有小學(xué)文化，為了給他的機(jī)器人吳老二找一個(gè)可充電電池，他在廢品站找到了一個(gè)象電池一樣有兩個(gè)電極的裝置，上面標(biāo)有“TNT”等字樣，他高興地拿回去充電，結(jié)果差點(diǎn)丟了性命．如果你是他的兒女，為了安全起見(jiàn)，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(yīng)．給你一個(gè)多用電表你會(huì)選擇直流電壓（直流電流、直流電壓、電阻）擋來(lái)判斷它是否為電池，可保證既安全又方便．
（2）經(jīng)核實(shí)該電雷管全電阻值為6Ω，其中電熱絲阻值為5Ω，引腳線長(zhǎng)2m，阻值為1Ω，當(dāng)通以0.45A電流時(shí)約6s鐘爆炸，若吳玉祿用5.4V的電壓給它充電時(shí)理論上約1.5s鐘爆炸（危險(xiǎn)）．
（3）某興趣小組發(fā)揚(yáng)吳玉祿精神，用伏安法設(shè)計(jì)了一實(shí)際較精確測(cè)量上述單只電雷管電阻的電路．準(zhǔn)備了以下實(shí)驗(yàn)器材：
待測(cè)電雷管R_x，炸藥桶（保護(hù)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(dòng)變阻器R：0～10Ω     電阻箱R₀：0～999.9Ω，0.1A
干電池E：電動(dòng)勢(shì)E=1.5V，內(nèi)阻r約0.1Ω
電鍵S及導(dǎo)線若干，
①請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)較合理的電路原理圖，畫在規(guī)定方框內(nèi)，要求通過(guò)電雷管的電流不超過(guò)27mA，電壓能從零調(diào)節(jié)，盡可能減小誤差．請(qǐng)標(biāo)明所選用器材符號(hào)．
②寫出R_x的計(jì)算公式R_x=$\frac{U}{I}{-R}_{0}^{\;}$．

Answer 1

分析 本題（1）應(yīng)明確應(yīng)用電壓擋來(lái)測(cè)量未知電學(xué)元件，不能用電流擋或歐姆檔來(lái)測(cè)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(dòng)勢(shì)的大小選擇出電壓表，根據(jù)電路要求的最大電流可知應(yīng)將待測(cè)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(yīng)用外接法；根據(jù)電路要求電壓從零調(diào)可知變阻器應(yīng)采用分壓式接法；題②根據(jù)歐姆定律求出待測(cè)電阻即可．

解答 解：（1）應(yīng)用多用電表的電壓擋來(lái)判斷未知裝置是否為電池比較安全，所以應(yīng)選擇電壓擋；
（2）設(shè)理論上經(jīng)過(guò)t秒時(shí)間發(fā)生爆炸，根據(jù)Q=${I}_{\;}^{2}Rt$，應(yīng)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(dòng)勢(shì)為1.5V可知，電壓表應(yīng)選擇${V}_{2}^{\;}$；
根據(jù)題目要求通過(guò)電雷管的電流不超過(guò)27mA可知，電流表應(yīng)選擇${A}_{2}^{\;}$；
根據(jù)歐姆定律可求出待測(cè)電阻兩端的最大電壓為${U}_{max}^{\;}$=${{I}_{A}^{\;}R}_{x}^{\;}$=27${×10}_{\;}^{-3}×6V$=0.16V，遠(yuǎn)小于電壓表的量程，所以待測(cè)電阻應(yīng)與電阻箱${R}_{0}^{\;}$串聯(lián)后接在電壓表兩端，此時(shí)串聯(lián)后的待測(cè)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(yīng)用外接法；
根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求電壓從零調(diào)，所以變阻器應(yīng)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(yīng)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(diǎn)評(píng) 應(yīng)明確：①應(yīng)通過(guò)估算設(shè)計(jì)電路連接情況；②當(dāng)待測(cè)電阻滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＞\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時(shí)，電流表應(yīng)用外接法，滿足$\frac{{R}_{V}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}＜\frac{{R}_{x}^{\;}}{{R}_{A}^{\;}}$時(shí)，電流表應(yīng)用內(nèi)接法；③當(dāng)電路要求電壓或電流從零調(diào)時(shí)，變阻器應(yīng)采用分壓式接法．