Question

4．某同学用电流表和电压表测某一电热器的额定功率（额定电压已知），他设计了如图所示的实验电路．电源电压U恒定，滑动变阻器电阻最大值为R，电热器电阻为R_x．
（1）用电流表和电压表测功率的原理是P=UI．（用公式表示）
（2）用如图所示的方法测功率，要使测量误差越小，所选用的电流表的阻值应远小于（“接近”、“远大于”或“远小于”） Rx的阻值．
（3）若实验操作中该同学发现不论怎样调节滑动变阻器P的位置，电压表的示数几乎不发生改变，且查得电路各处连接无误，电路元件完好无损，产生这一现象的原因是R_X的阻值远大于R的阻值，该同学认为在图中只需加一根导线，就能使滑片P在滑动过程中明显的改变电热器两端的电压．请你在图中画出这根导线．

Answer 1

分析 （1）伏安法测用电器电功率的原理是电功率公式P=UI；
（2）分析电路的连接，根据串联电路电压的规律和分压原理分析；
（3）当滑片移动到a端时，电压表示数为电源电压，电压表的示数几乎不发生改变，即电压表示数远大于变阻器分得的电压，根据分压原理确定电热器电阻R_x与滑动变阻器最大阻值的关系；
根据产生这一现象的原因，由电阻的并联规律和并联电路电压的规律分析．

解答 解：（1）用电流表和电压表测功率的原理是P=UI．
（2）图中电流表测通过R_x的电流，电压表测R_x与电流表的总电压，根据串联电路电压的规律，电压的示数等于R_x的电压与电流表电压之和，要使测量误差越小，即电压表示数更接近R_x的电压，根据分压原理，故电流表的阻值应 远小于 Rx的阻值．
（3）调节滑动变阻器P的位置，当滑片移动到a端时，电路中只有R_x，电压表示数为电源电压，电压表的示数几乎不发生改变，即电压表示数远大于变阻器分得的电压，根据分压原理，这是由于电热器电阻R_x远大于滑动变阻器最大阻值R造成的；
因电热器电阻R_x远大于滑动变阻器最大阻值R，导致表的示数几乎不发生改变；
根据并联电阻的小于其中任一电阻，可将待测电阻与变阻器滑片以右电阻丝并联起来，将变阻器b端与电路的干路连接起来，如下所示；

并联的电阻接近变阻器滑片以右电阻的大小，电压表既测R_x的电压，又测变阻器滑片以右电阻的电压，滑片P在滑动过程中明显的改变．
故答案为：
（1）P=UI；（2）远小于；（3）R_X的阻值远大于R的阻值，导线连接如上图所示．

点评 本题某一电热器的额定功率，考查实验原理、对实验方案的评估及改进实验方案的能力，有难度．