Question

（2009?宣武区一模）某课外实验小组在实验时需要用一个纯电阻元件，其上标有“？V，P额”字样，其额定电压值模糊不清，额定电功率值
清晰．若要正确使用这个元件，需知道它的额定电压值．实验室中有以下实验器材：符合要求的电源一个，电流表一只，电键两
个，定值电阻R₀，导线若干．请你利用上述器材，通过实验测量，得出此元件的额定电压值．  
（1）根据所学电学知识，只要测量出此元件的

电阻

，即可计算出它的额定电压值．
（2）请你帮助他们设计实验电路图，并画在右边的方框内．
（3）实验步骤：a．按照设计电路连接电路元件．
b．

闭合S₁，断开S₂，记下电流表示数I₁

．
c．

闭合S₂、S₁，记下电流表示数I₂

．
d．断开电路，整理器材．
e．用已知量和测得量表示出此元件额定电压的计算公式：U额=

P I1R0 I2 -I0

．

Answer 1

分析：（1）确定测量的物理量，应该根据已知的物理量和允许使用的实验器材分析；
（2）设计电路图，应该根据实验目的和题目给出的实验器材去分析；
（3）实验步骤和待测物理量的表达式，由选择的实验方法和实验过程已测量出的物理量确定．

解答：解：
（1）由电功率的计算公式P=

W

t

、P=UI、P=I²R、P=

U2

R

知，与电压有关的功率公式有P=UI和P=

U2

R

．对于P=UI，要知道额定电压，必须测量额定电流，而额定电流未知；对于P=

U2

R

，要知道额定电压，必须测量导体电阻，电阻值是不变的，所以测量出电阻阻值，就能得出额定电压．
（2）实验器材有符合要求的电源、电流表、定值电阻R₀，定值电阻和待测电阻串联在电源上，用电流表测量电路电流；待测电阻接在电源两端，用电流表测量通过的电流．据此设计电路．
（3）
a．按照设计电路连接电路元件；
b．闭合开关S₁，断开S₂，记下电流表示数I₁，此时电源电压为U=I₁（R₀+R_x）   ①；
c．闭合S₂、S₁，记下电流表示数I₂．此时电源电压为U=I₂R_x ②．
由①②解得R_x=

I1R0

I2-I1

③
e．因为P_额=

U2

R

，所以U_额=

PR

，
将③代入得
U_额=

P I1R0 I2-I1

故答案为：
（1）电阻．
（2）电路设计如图所示：

其它答案合理即可．
（3）闭合S₁，断开S₂，记下电流表示数I₁．闭合S₂、S₁，记下电流表示数I₂．
U_额=

P I1R0 I2-I1

点评：此题是一道电学实验设计的难题，设计电路图和实验步骤的关键是找准突破口--有电流表，电源电压不变，定值电阻阻值已知．