小王同学做“用电流表、电压表测电阻”实验,实验时所有元件齐全且均完好,电源电压保持不变,滑动变阻器上标有“20Ω 2A”字样.该同学实验步骤正确,闭合电键后,在移动变阻器滑片的过程中,发现电压表示数的最小值和最大值分别如图(a)、(b)所示,电流表示数的最大值为0.56安.当滑片在中点附近某个位置时,两电表的示数分别为3.0伏、0.30安.请将下表填写完整,并计算出电阻值.(计算电阻时,精确到0.1欧)
物理量 实验序号 | 电压 (伏) | 电流 (安) | 电阻 (欧) | 电阻平均值 (欧) |
1 | ||||
2 | 3.0 | 0.30 | ||
3 | 0.56 |
解:由图可得,电压表的最小示数为2V;电压表的最大示数为6V,即为电源电压;
当电压表示数为2V时,电路中的电流I==0.2A,未知电阻的阻值R==10Ω;
当电压表示数为3V时,电路中的电流为0.3A,则未知电阻的阻值R′==10Ω;
当电压表示数为6V时,电路中的电流为0.56A,则未知电阻的阻值R″==10.7Ω;
电阻的平均值R0=(10Ω+10Ω+10.7Ω)=10.2Ω.
如下表所示
物理量 实验序号 | 电压 (伏) | 电流 (安) | 电阻 (欧) | 电阻平均值 (欧) |
1 | 2.0 | 0.20 | 10.0 | 10.2 |
2 | 3.0 | 0.30 | 10.0 | |
3 | 6.0 | 0.56 | 10.7 |
当滑片在中点附近某个位置时,电压表示数为3.0伏,所以电压表示数的最小值小于3V,最大值大于3V;因此根据图中电压表指针位置对出最小电压值和最大电压值;再由欧姆定律可得,当电压表示数最大时,滑动变阻器接入电路的阻值为零,电压表的示数等于电源电压,电路中的电流最大;当电压表示数最小时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,电路中电流最小;
则①根据电源电压、电压表的最小示数以及滑动变阻器的最大阻值,结合欧姆定律求出电路中的电流和电阻的阻值;
②直接利用欧姆定律的应用即可求出二次实验的电阻值;
③已知最大电压和最大电流,直接根据欧姆定律的应用求出未知电阻的阻值;
④求三次电阻的平均值.
点评:本题考查了伏安法测电阻的原理以及电压表量程的选择,其中通过计算分析,确定电压表的量程是本题的关键.