小亮在打扫实验室时发现了一个定值电阻,他对此电阻进行了如下探究.
(1)小亮为测量电阻Rx的阻值,选择了以下器材:待测电阻Rx、阻值已知的定值电阻R0、电压不变(电压值未知)的电源一个、电流表一只、开关两个、导线若干.如图甲所示,小亮连接了实验电路,但实验步骤没有写完整,请你帮助完成实验步骤,并写出电阻Rx的表达式.
①闭合开关S1、S2,读出此时电流表的示数I1.
② ,读出此时电流表的示数I2.
③根据所测数据计算得出Rx= .
(2)完成上述实验后,小亮将定值电阻Rx和滑动变阻器R2串联后接在电压保持不变的电源两端.当滑动变阻器的滑片P从一端移动到另一端时,定值电阻Rx两端的电压Ux和滑动变阻器R2两端的电压U2的关系图象如图乙所示.已知滑动变阻器最大阻值为20Ω,则R2两端的电压U2跟R2的关系式为:U2= .
【考点】伏安法测电阻的探究实验.
【分析】(1)由实物图可知:当开关S1、S2都闭合时,电路为Rx的简单电路,读出此时电路中的电流,根据欧姆定律表示出电源的电压;当闭合开关S1,断开S2时,R0与Rx串联,读出电流表的示数,根据串联电路电阻特点和欧姆定律表示出电源的电压;联立等式、解等式即可测出Rx的阻值;
(2)定值电阻Rx和滑动变阻器R2串联,当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时,电路为Rx的简单电路,Rx两端的电压即为电源的电压,由图象读出电源的电压;当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时其两端的电压最大,根据图象读出两电阻两端的电压,根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式即可求出Rx的阻值,根据串联电阻的串联和欧姆定律表示出电路中的电流,再根据欧姆定律表示出滑动变阻器R2两端的电压U2跟滑动变阻器R2的关系式.
【解答】解:
(1)①闭合开关S1、S2,读出此时电流表的示数I1,此时电路为Rx的简单电路,则电源电压U=I1Rx;
②当闭合开关S1,断开S2,电阻R0与Rx串联,电流表测量串联电路的电流,读出其示数为I2;
则电源电压U=I2(R0+Rx);
③因为电源电压不变,所以I1Rx=I2(R0+Rx),化简可得:Rx=
(2)定值电阻Rx和滑动变阻器R2串联,当滑动变阻器接入电路中的电阻为0时,电路为Rx的简单电路,Rx两端的电压即为电源的电压,由图象可知,电源的电压U=6V;
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时其两端的电压最大,由图象可知,Ux=1V,U2=5V,
因串联电路中各处的电流相等,所以,I==,即=解得:Rx=4Ω,
则电路中的电流:I′==,
滑动变阻器R2两端的电压:U2=I′R2=.
故答案为:(1)②闭合开关S1、断开S2;③;(2).