Question

实验室中有一蓄电池，电压标记已模糊不清，电压约为20V．现在实验室有下列器材：定值电阻R₀（阻值为10Ω）1个、滑动变阻器（阻值变化范围为0～20Ω）1个、标准电阻箱（阻值变化范围为0～9999Ω，电路符号为“”）1个，一只量程为0～3V、0～15V的电压表，开关1个，导线若干．
请从中选择适当的器材组成实验电路，测出该蓄电池的电压值．
小明同学设计的实验方案是：
（1）电路图如图甲所示
（2）主要实验步骤如下：
①连接好电路；
②______；
③闭合开关，读出电压表的示数U₁．
（3）该蓄电池电压U大小的表达式U=______．
小华设计的实验方案是：
（1）电路图如图乙所示
（2）主要实验步骤如下：
①连接好电路；
②将电阻箱调至电阻最大阻值处；
③闭合开关，读出电压表的示数U₁．
（3）根据所测的物理量和已知量计算出该蓄电池电压U．你认为小华的方案能否完成实验？______，理由是______．

Answer 1

解：
（1）小明同学设计的实验方案：
将R₀与R_x串联，电压表并联在R₀两端，滑动变阻器滑片移至最大阻值处，则可知滑动变阻器的接入电阻为20Ω，闭合开关，读出电压表的示数U₁，对R₀由欧姆定律得：I=，则电源电压U=I（R₀+R_x）=U₁；
（2）小华设计的实验方案中将电阻箱调至电阻最大阻值处，而标准电阻箱（阻值变化范围为0～9999Ω），定值电阻与标准电阻箱串联，因为电阻箱的阻值太大，导致电压表的示数很小，无法读数．
分析：蓄电池电压约为20V，大于电压表的最大量程，无法直接用电压表测出电源电压；可以采用串联电路的分压原理，可以将定值电阻与滑动变阻器的全部阻值串联，则读出电压表示数可利用串联电路的电压规律求得电源电压；也可以将定值电阻与标准电阻箱串联，读出电压表示数及标准电阻箱的阻值，由串联电路的电压规律求得电源电压．
点评：本题考查了蓄电池电压的测量方法，涉及到欧姆定律和串联电路的分压关系，明确滑动变阻器和变阻箱的最大阻值是本题的关键．