Question

1．小王、小張分別做“用電流表、電壓表測電阻”的實驗，實驗器材齊全并完好，電源電壓相等且保持不變，待用滑動變阻器有兩種規(guī)格（分別標(biāo)有“10Ω 2A”、“20Ω 2A”的字樣），待測電阻R_x規(guī)格相同．實驗中，兩位同學(xué)所用的變阻器不同，但他們在連接電路時都將滑片置于變阻器的一端．閉合電鍵，他們所觀察到電流表、電壓表的示數(shù)均為圖1（a）、（b）所示，接著在向變阻器另一端移動滑片的過程中，小王發(fā)現(xiàn)電路中兩電表的示數(shù)均變小，而小張卻發(fā)現(xiàn)電路中兩電表的示數(shù)均變大．在思考并解決實驗問題后，兩位同學(xué)均完成實驗，而其中一位同學(xué)將他所正確測得的兩組實驗數(shù)據(jù)記錄在草稿紙上，如圖2所示．

①兩位同學(xué)實驗所用的電源電壓為6伏．
②小王所用滑動變阻器的規(guī)格為“10Ω 2A”．
③為完成其中一位同學(xué)的記錄和處理，請根據(jù)圖1和圖2及相關(guān)信息，將下表填寫完整．（計算電阻時，精確到0.1歐）5.3Ω

物理量 實驗序號	電壓Ux （伏）	電流Ix （安）	電阻Rx （歐）	電阻Rx平均值 （歐）
1
2
3

Answer 1

分析 ①根據(jù)小王發(fā)現(xiàn)電路中兩電表的示數(shù)均變小，而小張卻發(fā)現(xiàn)電路中兩電表的示數(shù)均變大，可判斷出閉合開關(guān)時，小王的滑動變阻器阻值為零，小張滑動變阻器的阻值最大．根據(jù)這個特點確定電流表和電壓表的量程讀出示數(shù)，得出電源電壓；
②根據(jù)小張的情況結(jié)合歐姆定律計算出其變阻器的規(guī)格，從而可知小王變阻器的規(guī)格；
③根據(jù)電壓表和電流表的示數(shù)變化情況，確定開始的一組數(shù)據(jù)，由歐姆定律計算出每組的電阻值并求平均值．

解答 解：①小王發(fā)現(xiàn)電路中兩電表的示數(shù)均變小，說明小王開始變阻器電阻為零，電表的指針偏轉(zhuǎn)角度相同，可知小王電壓表所用0～15V量程，分度值為0.5V，示數(shù)為6V，則電源電壓等于6V；由測量的兩組數(shù)據(jù)可知，定值電阻的阻值大約為：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.6V}{0.3A}$≈5.3Ω；
所以小王剛閉合開關(guān)時電流大約為：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{6V}{5.3A}$≈1.1A，因此電流表量程為0～3A，分度值為0.1A，示數(shù)為1.2A；
②閉合開關(guān)后，移動滑片，小張卻發(fā)現(xiàn)電路中兩電表的示數(shù)均變大，說明小張開始變阻器電阻值為最大，由題意知，其電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為1.2V，電流表量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A．
此時滑動變阻器兩端的電壓U滑=6V-1.2V=4.8V，滑動變阻器的最大阻值為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4.8V}{0.24A}$=20Ω，小張所用滑動變阻器的阻值為20Ω，可知小王所用滑動變阻器的阻值為10Ω；
③對比圖2中的數(shù)據(jù)可知，電流表和電壓表的示數(shù)是逐漸增大的，因此滑動變阻器開始置于阻值最大處，此時滑動變阻器兩端電壓U_最大=IR_最大=0.24A×20Ω=4.8V；
因為串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，所以電源電壓：U=1.2V+4.8V=6V．
因為電流表和電壓表都逐漸增大，所以電流和對應(yīng)的電壓值為：I₁=0.24A，U₁=1.2V；I₂=0.3A，U₂=1.6V；I₃=0.4A，U₂=2.2V；
由I=$\frac{U}{R}$得，R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.2V}{0.24A}$=5Ω；
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{1.6V}{0.3A}$≈5.3Ω；
R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{2.2V}{0.4A}$=5.5Ω；
電阻的平均值：R=$\frac{1}{3}$×（5Ω+5.3Ω+5.5Ω）≈5.3Ω．
故答案為：①6；②10Ω 2A；③

物理量 實驗序號	電壓Ux （伏）	電流Ix （安）	電阻Rx （歐）	電阻Rx平均值 （歐）
1	1.2	0.24	5.0	5.3
2	1.6	0.3	5.3
3	2.2	0.4	5.5

點評 本題考查了歐姆定律的應(yīng)用和滑動變阻器的使用等，關(guān)鍵是明白伏安法測未知電阻實驗的原理以及串聯(lián)電路的特點，利用好歐姆定律是解決問題的關(guān)鍵．