Question

15．小明同學做“用電流表、電壓表測電阻”實驗，現(xiàn)只有電源（電壓保持不變）、待測電阻R_x、電流表、標有“20Ω 1A”字樣的滑動變阻器、兩個電鍵及導線若干，他經(jīng)過思考，設(shè)計了如圖1（a）所示電路進行實驗．
（1）他按（a）所示電路連接實驗器材，閉合電鍵S₁，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)如圖（b），其錯誤原因可能是電流表的正負接線柱接反了．
（2）他找到問題所在后，按如圖2方法進行了三次實驗，電路圖及閉合電鍵后對應的電流表的示數(shù)分別如圖2（a）、（b）、（c）所示（a、b中滑片位于最右端，c中滑片位于最左端），請根據(jù)相關(guān)信息計算（需寫出計算過程）．
①小明同學所用電源的電壓U8V．
②待測電阻R_x的阻值（計算電阻時，精確到0.1歐）13.6Ω．

Answer 1

分析 （1）當電流表的正負接線柱接反后，電流表的指針將反向偏轉(zhuǎn)；
（2）根據(jù)滑動變阻器允許的最大電流以及電流表指針的偏轉(zhuǎn)角度可知電流表的量程；根據(jù)電流表的量程、分度值分別讀出三種情況下電流表的示數(shù)；
①根據(jù)圖2（a）中電路以及電流表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律的應用即可求出電源電壓；
②根據(jù)圖2（b）和（c）中電路以及電流表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律的應用即可求出被測電阻的阻值；最后求兩次平均值即為被測電阻的阻值．

解答 解：（1）根據(jù)圖1（b）可知，電流表指針反向偏轉(zhuǎn)，因此電流表的正負接線柱接反了；
（2）因為滑動變阻器允許的最大電流為1A，并且圖2中電流表偏轉(zhuǎn)的角度都大于1A，因此電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A；
（a）圖示數(shù)為0.4A；（b）圖示數(shù)為0.24A；（c）圖示數(shù)為0.58A；
①根據(jù)圖2（a）中的電路圖可知，R_x被短路，電路為R₂的基本電路，并且R₂接入電路的阻值最大，電流表測量電路電流；
由I=$\frac{U}{R}$可知，電源電壓：U=I_aR₂=0.4A×20Ω=8V；
②由圖2（b）中的電路圖可知，R_x與R₂串聯(lián)，電流表測量電路電流；
由I=$\frac{U}{R}$可知，電阻R₂兩端電壓：U₂=I_bR₂=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R_x兩端電壓：U_x=8V-4.8V=3.2V；
則R_x的阻值：R_xb=$\frac{{U}_{x}}{{I}_}$=$\frac{3.2V}{0.24A}$≈13.3Ω
由圖2（c）中的電路圖可知，電路為R_x的基本電路，電流表測量電路電流；
由I=$\frac{U}{R}$可知，R_xc=$\frac{U}{{I}_{c}}$=$\frac{8V}{0.58A}$≈13.8Ω；
求兩次平均值可知，待測電阻R_x的阻值：R_x=$\frac{1}{2}$（13.3Ω+13.8Ω）≈13.6Ω．
故答案為：（1）電流表的正負接線柱接反了；（2）8V；13.6Ω．

點評 此題主要考查學生對電流表連接、讀數(shù)以及歐姆定律的理解和掌握，關(guān)鍵是明確電路結(jié)構(gòu)．