Question

（2009?宣武區(qū)一模）某課外實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要用一個(gè)純電阻元件，其上標(biāo)有“？V，P額”字樣，其額定電壓值模糊不清，額定電功率值
清晰．若要正確使用這個(gè)元件，需知道它的額定電壓值．實(shí)驗(yàn)室中有以下實(shí)驗(yàn)器材：符合要求的電源一個(gè)，電流表一只，電鍵兩
個(gè)，定值電阻R₀，導(dǎo)線(xiàn)若干．請(qǐng)你利用上述器材，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得出此元件的額定電壓值．  
（1）根據(jù)所學(xué)電學(xué)知識(shí)，只要測(cè)量出此元件的

電阻

，即可計(jì)算出它的額定電壓值．
（2）請(qǐng)你幫助他們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖，并畫(huà)在右邊的方框內(nèi)．
（3）實(shí)驗(yàn)步驟：a．按照設(shè)計(jì)電路連接電路元件．
b．

閉合S₁，斷開(kāi)S₂，記下電流表示數(shù)I₁

．
c．

閉合S₂、S₁，記下電流表示數(shù)I₂

．
d．?dāng)嚅_(kāi)電路，整理器材．
e．用已知量和測(cè)得量表示出此元件額定電壓的計(jì)算公式：U額=

P I1R0 I2 -I0

．

Answer 1

分析：（1）確定測(cè)量的物理量，應(yīng)該根據(jù)已知的物理量和允許使用的實(shí)驗(yàn)器材分析；
（2）設(shè)計(jì)電路圖，應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮皖}目給出的實(shí)驗(yàn)器材去分析；
（3）實(shí)驗(yàn)步驟和待測(cè)物理量的表達(dá)式，由選擇的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)過(guò)程已測(cè)量出的物理量確定．

解答：解：
（1）由電功率的計(jì)算公式P=

W

t

、P=UI、P=I²R、P=

U2

R

知，與電壓有關(guān)的功率公式有P=UI和P=

U2

R

．對(duì)于P=UI，要知道額定電壓，必須測(cè)量額定電流，而額定電流未知；對(duì)于P=

U2

R

，要知道額定電壓，必須測(cè)量導(dǎo)體電阻，電阻值是不變的，所以測(cè)量出電阻阻值，就能得出額定電壓．
（2）實(shí)驗(yàn)器材有符合要求的電源、電流表、定值電阻R₀，定值電阻和待測(cè)電阻串聯(lián)在電源上，用電流表測(cè)量電路電流；待測(cè)電阻接在電源兩端，用電流表測(cè)量通過(guò)的電流．據(jù)此設(shè)計(jì)電路．
（3）
a．按照設(shè)計(jì)電路連接電路元件；
b．閉合開(kāi)關(guān)S₁，斷開(kāi)S₂，記下電流表示數(shù)I₁，此時(shí)電源電壓為U=I₁（R₀+R_x）   ①；
c．閉合S₂、S₁，記下電流表示數(shù)I₂．此時(shí)電源電壓為U=I₂R_x ②．
由①②解得R_x=

I1R0

I2-I1

③
e．因?yàn)镻_額=

U2

R

，所以U_額=

PR

，
將③代入得
U_額=

P I1R0 I2-I1

故答案為：
（1）電阻．
（2）電路設(shè)計(jì)如圖所示：

其它答案合理即可．
（3）閉合S₁，斷開(kāi)S₂，記下電流表示數(shù)I₁．閉合S₂、S₁，記下電流表示數(shù)I₂．
U_額=

P I1R0 I2-I1

點(diǎn)評(píng)：此題是一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難題，設(shè)計(jì)電路圖和實(shí)驗(yàn)步驟的關(guān)鍵是找準(zhǔn)突破口--有電流表，電源電壓不變，定值電阻阻值已知．