15.某課外科技小組設(shè)計(jì)了如圖所示的電路來(lái)測(cè)量電源U和待測(cè)電阻Rx的值,已知滑動(dòng)變阻器的最大阻值為20Ω,其實(shí)驗(yàn)步驟如下:
(1)將滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最右端的b點(diǎn),閉合開(kāi)關(guān)S1和S2.電壓表的示數(shù)為3V;再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,此時(shí)電壓表的示數(shù)為2.4V,則電源電壓U=3 V,待測(cè)電阻Rx=5Ω
(2)保持S1閉合,S2斷開(kāi),當(dāng)滑片P恰好滑到滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)時(shí),電壓表的示數(shù)應(yīng)為2 V,待測(cè)電阻Rx的電功率為0.2 W.

分析 (1)將滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最右端的b點(diǎn),閉合開(kāi)關(guān)S1和S2,電路為滑動(dòng)變阻器的簡(jiǎn)單電路,電壓表測(cè)量電源電壓,由此得到電源電壓;
再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,滑動(dòng)變阻器與電阻Rx串聯(lián),根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算Rx的值;
(2)保持S1閉合,S2斷開(kāi),當(dāng)滑片P恰好滑到滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)時(shí),根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算電路中的電流,再根據(jù)歐姆定律即可求出電壓表的示數(shù);
利用P=I2R求出Rx的電功率.

解答 解:
(1)將滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最右端的b點(diǎn),閉合開(kāi)關(guān)S1和S2,電路為滑動(dòng)變阻器的簡(jiǎn)單電路,電壓表測(cè)量電源電壓,所以電源電壓U=3V;
再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,滑動(dòng)變阻器與電阻Rx串聯(lián),此時(shí)電壓表測(cè)量滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,
則電路中的電流為I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_}$=$\frac{2.4V}{20Ω}$=0.12A,
根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和可得,待測(cè)電阻的電壓:
Ux=U-U=3V-2.4V=0.6V,
由I=$\frac{U}{R}$得待測(cè)電阻的阻值:Rx=$\frac{{U}_{x}}{I}$=$\frac{0.6V}{0.12A}$=5Ω;
(2)保持S1閉合,S2斷開(kāi),當(dāng)滑片P恰好滑到滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)時(shí),
根據(jù)串聯(lián)電路的總電阻等于各電阻之和可得,此時(shí)的總電阻:
R=$\frac{1}{2}$Rb+Rx=$\frac{1}{2}$×20Ω+5Ω=15Ω,
則此時(shí)的電流I′=$\frac{U}{{R}_{總}(cāng)}$=$\frac{3V}{15Ω}$=0.2A,
由I=$\frac{U}{R}$可得滑動(dòng)變阻器兩端的電壓(即電壓表的示數(shù)):
U′=I′×$\frac{1}{2}$Rb=0.2A×$\frac{1}{2}$×20Ω=2V;
Rx的電功率:Px=I′2Rx=(0.2A)2×5Ω=0.2W.
故答案為:(1)3;5;(2)2;0.2.

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)測(cè)量電阻的實(shí)驗(yàn)考查滑動(dòng)變阻器的使用,串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用,電功率的計(jì)算,考查得很全面.

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