某课外科技小组设计了如图ZX7-1所示的电路来测量电源电压U和待测电阻Rx的值,已知滑动变阻器的最大阻值为20Ω,其实验步骤如下:
图ZX7-1
(1)该小组的同学按电路图连接好电路后,将滑动变阻器的滑片P滑到最右端b点,闭合开关S1、断开开关S2,无论怎样移动滑片P,发现电压表有示数但始终保持不变,则电路故障的原因可能是__________________。(写出一种即可)
(2)排除故障后,将滑动变阻器的滑片P滑到最右端的b点,闭合开关S1和S2,电压表的示数为3V;再断开开关S2,此时电压表的示数为2.4V,则电源电压U=________V,待测电阻Rx=________Ω。
(3)保持开关S1闭合、S2断开,当滑片P恰好滑到滑动变阻器的中点时,电压表的示数应为______V,此时待测电阻Rx的电功率为________W。
(1)滑动变阻器断路 (2)3 5 (3)2 0.2
[解析] (1)将滑动变阻器的滑片P滑到最右端b点,闭合开关S1、断开开关S2,滑动变阻器与电阻Rx串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,无论怎样移动滑片P发现电压表有示数但始终保持不变,说明与电压表并联的滑动变阻器可能断路了,使电压表示数接近于电源电压。
(2)排除故障后,将滑动变阻器的滑片P滑到最右端的b点,闭合开关S1和S2,电压表的示数为3 V,此时电路中仅有滑动变阻器,说明电源电压为3 V;再断开开关S2,滑动变阻器与电阻Rx串联,电压表测量滑动变阻器两端的电压,此时电压表的示数为2.4 V,说明滑动变阻器两端的电压为2.4 V,电路中的电流为I===0.12 A,则待测电阻的阻值Rx===5 Ω。
(3)保持开关S1闭合、S2断开,当滑片P恰好滑到滑动变阻器的中点时,电路中的总电阻为:R总=R′滑+Rx=R滑+Rx=×20 Ω+5 Ω=15 Ω,电路中的电流为I′===0.2 A,则电压表的示数应为U′滑=I′R′滑=0.2 A×10 Ω=2 V;此时待测电阻Rx的电功率为P=I′2Rx=(0.2 A)2×5 Ω=0.2 W。