为了测定待测电阻Rx的阻值,现有的实验器材是:一个电源(两极间电压保持不变,但电压数值未知),一个已知阻值为R0的定值电阻,一个待测电阻(用Rx表示),一只电流表,一个单刀双掷开关和若干导线.
(1)小明同学用以上器材设计了一个如图所示的实验电路,请你根据电路图写出测定Rx的主要的实验步骤:(用适当的字母表示测定的物理量)
①________.
②________.
(2)用你测得的物理量和已知量R0表示待测电阻Rx=________.
(3)若在给出的器材中只将其中的一只电流表改为一只电压表,请你重新设计一个实验电路图(连好电路后不能再改变接线),测量待测电阻Rx的阻值(将实验电路图画在右边的虚线框内,不需要说明实验步骤)
解:(1)实验步骤是:
①将S掷向1,读出电流表读数为I1;
②将S掷向2,读出电流表读数为I2.
(2)由实验步骤及电路图知,I2是流过定值电阻R0的电流,则电源电压U=I2R0;
电流I1是流过定值电阻与待测电阻的总电流,则Ix=I1-I2;
∵电源的电压不变,
∴IxRx=(I1-I2)Rx=I2R0,
解得:Rx=.
(3)定值电阻与待测电阻串联,先用电压表测定值电阻电压,求出电路电流;
然后再测电源的电压,利用串联电路的电压特点求出待测电阻电压,由欧姆定律求出待测电阻阻值,电路图如下图所示:
故答案为:(1)①将S掷向1,读出电流表读数为I1;②将S掷向2,读出电流表读数为I2;
(2);
(3)如上图所示.
(1)因实验器材中没有电压表,可以利用并联电路的电压特点设计电路图;根据实验设计可知,当S接1时,电流表测干路电流,当S接2时电流表测通过定值电阻的电流;然后根据并联电路的电流特点求出流过待测电阻的电流,利用电源的电压不变得出等式即可求出待测电阻的阻值,据此设计实验步骤和得出表达式.
(2)只有一个电压表,可以根据串联电路的电流特点设计电路图;即两电阻串联,电压表分别测出定值电阻两端的电压和电压的电压,利用串联电路的电压特点求出待测电阻两端的电压,利用串联电路的电流特点得出等式即可求出待测电阻的阻值,据此设计实验电路.
点评:没有电压表,利用定值电阻和电流表以及其他元件测量电阻的阻值时,一般设计成并联电路,找电压相等列等式求出被测电阻;没有电流表,利用电压表和定值电阻以及其他元件测量电阻的阻值时,一般设计成串联电路,找电流相等列等式求出被测电阻.