Question

12．小李同学用电源、电流表、电压表、滑动变阻器（标有“20Ω  2A”字样）等完好器材，测定电阻R_X的值．他按如图1的电路图连接电路，并将变阻器的滑片放置于一端，然后闭合电键，发现无论怎样移动滑片P，电流表和电压表示数都为零．接着他将电路中的电压表先后并联到滑动变阻器两端b、c上，观察到电压表的示数变为9伏、电流表示数仍为零．经思考，小李排除故障，再次如图1电路图正确连接电路，操作步骤正确．闭合电键，他在将滑片P从滑动变阻器一端移动到另一端的过程中，发现电流表示数从0.30安增大到0.9安；当滑片P在中点附近某个位置时，电压表、电流表的示数如图2（a）、（b）所示，请根据小李同学实验过程中观察到的现象填写实验表格．（注意：请填写在答题纸上的表格中，电阻计算精确到0.1欧）

物理量 实验序号	电压（伏）	电流（安）	电阻（欧）
1		0.30
2
3		0.9

Answer 1

分析 （1）无论怎样移动滑片P，电流表和电压表示数都为零，电路有断路；将电路中的电压表先后并联到滑动变阻器两端b、c上，观察到电压表的示数变为9伏、电流表示数仍为零，判断电路故障为滑动变阻器断路，由此可知道电源电压；根据欧姆定律计算出定值电阻的阻值；
（2）由滑动变阻器滑片P移动时，电路中电流的变化，根据欧姆定律计算出电压的变化范围；根据电压表和电流表的示数变化确定电压表和电流表的量程，读出示数，计算出电阻值；计算出三次测量的平均值，以减小误差．

解答 解：无论怎样移动滑片P，电流表和电压表示数都为零，说明电路断路；将电路中的电压表先后并联到滑动变阻器两端b、c上，电流表示数仍为零，电压表示数为9V，说明滑动变阻器断路，电压表串联在电路中，测量电源电压，所以电源电压为9伏；
小李排除故障，闭合电键，他在将滑片P从滑动变阻器一端移动到另一端的过程中，发现电流表示数从0.30安增大到0.9安，说明滑片P在最左端，即接入电路中电阻为0时，电路中电流最大，为0.9A，电压表示数为电源电压，为9V；
所以定值电阻的阻值为：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{9V}{0.9A}$=10Ω；
滑片P在最右端，即接入电路中的电阻为20Ω时，电路中电流最小，为0.3A，
定值电阻两端的电压为：U₁=I₁R=0.3A×10Ω=3V；
当滑片P在中点附近某个位置时，定值电阻两端的电压介于3V和9V之间，所以电压表选择0-15V量程，每一小格是0.5V，示数为4.5V；
电路中的电流介于0.3A和0.9A之间，所以电流表的选择0-0.6A量程，每一小格是0.02A，示数0.44A．
由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$得，定值电阻的阻值为R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{4.5V}{0.44A}$≈10.2Ω；
根据三次测量的结果计算出定值电阻的平均值为：
R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}}{3}$=$\frac{10.0Ω+10.2Ω+10.0Ω}{3}$≈10.1Ω．
将数据填入表格如下：

物理量 实验序号	电压（伏）	电流（安）	电阻（欧）	电阻平均值 （欧）
1	3		10.0	10.1
2	4.5	0.44	10.2
3	9		10.0

故答案为：见上表．

点评 本题考查了学生对动态电路的分析能力，滑动变阻器的使用方法和欧姆定律公式的应用，是一道综合性题目．判断电压表、电流表的示数时，参照题干中电压表、电流表的示数变化范围，即电流表示数应为0.44A，而不可能为2.2A；同样电压表示数应为4.5V，而不可能为0.9V．