小明家新买了一条100W的电热毯,他想用电流表和电压表测量电热毯的电阻值,于是连接了如图9所示的实验电路.其中电源两端的电压为6V,Rx为电热毯的电阻值,滑动变阻器的最大阻值为20Ω.但实验过程中,小明发现,不论怎样调整滑动变阻器触头P的位置,电压表的示数几乎不发生变化,且查得电路各处均连接无误.请你分析一下产生这一现象的原因是什么?若不更换实验器材,应怎样连接电路,才能在触头P滑动过程中,有效地改变电热毯两端的电压值.
答:在不改变实验器材的情况下,可以将电路连接成下图的关系.
即在原电路图所示的电路中,从滑动变阻器的b端向电源负极连接一根导线bc.
这样,当P在a端时,Ux=6V;P在b端时电热毯被导线bc短路,Ux=0.从而实现了电热毯上的电压值由0V到6V的大范围变化.
(1)在电路连接正确的情况下,对电路进行有关计算.
当滑片在a端时,电热毯直接与电源连接,其两端电压Ux即为电源电压.也就是Ux=6V;
当滑片在b端时,电热毯与电阻R串联,电热毯与电阻两端电压之和为电源电压.
(2)若Rx>>R,则电热毯两端电压Ux远大于变阻器R两端电压UR,即Ux≈U.因此会发生无论如何调整滑片的位置,电热毯两端电压几乎不变的现象.可见,不论怎样调整滑动变阻器触头P的位置,电压表的示数几乎不发生变化,是由于电热毯的电阻远大于变阻器总电阻的原因.
点评:串联电路导体两端电压与其阻值成正比,当两电阻阻值相差特别大时,电阻大的导体两端电压就接近于电源电压.