【分析】
待测电源电压约30V,而电压表量程仅0~15V,无法直接测量电源电压。我们可以利用串联电路的电阻规律和欧姆定律来解决:将已知阻值的$R_1$和$R_2$串联,此时电路总电阻为$R_1+R_2$,用电流表测量电路中的电流$I$,根据$U=IR_{总}$即可计算出电源电压。经计算,电源电压30V时,电路电流为0.5A,在电流表0~0.6A量程范围内,此方案可行。
【解析】
(1) 实验电路图:将$R_1$、$R_2$、电流表、开关与电源串联,电路图如下:
(电源、开关S、电流表、$R_1$、$R_2$依次串联,电流表串联在电路中)
(2) 主要实验步骤:
① 按照电路图连接好所有实验器材;
② 闭合开关S,读出电流表的示数并记录为$I$。
(3) 电源电压表达式:
根据欧姆定律,串联电路总电阻$R_{总}=R_{1}+R_{2}$,则电源电压$U=I(R_{1}+R_{2})$。
【答案】
(1) 电路图(如上述解析中的串联电路);
(2) 实验步骤:① 按电路图连接电路;② 闭合开关S,测量并记录电流表的示数$I$;
(3) $\boldsymbol{U=I(R_{1}+R_{2})}$
【知识点】
串联电路特点、欧姆定律
【点评】
本题通过巧妙设计串联电路,解决了电压表量程不足无法直接测高电压的问题,重点考查了串联电路规律与欧姆定律的综合应用,锻炼了学生的实验设计与知识迁移应用能力。
【难度系数】
0.6