Question

10．某同學(xué)根據(jù)如圖甲素食店路完成“伏安法測(cè)量定值電阻”的實(shí)驗(yàn)．

（1）根據(jù)圖甲，將圖乙中的實(shí)物電路連接完整．
（2）正確連接電路后，閉合開關(guān)．①若發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表的示數(shù)都很大，這說明小華在實(shí)驗(yàn)操作上存在的問題是未將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最大阻值處；②若電壓表示數(shù)約為3V，但無(wú)論怎樣移動(dòng)變阻器滑片，電流表示數(shù)始終為0，則電路中出現(xiàn)的故障可能是定值電阻斷路；
（3）排除以上故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，把測(cè)量的幾組數(shù)據(jù)描成如圖丙所示的圖象，則該電阻的阻值R=3Ω；
（4）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明還想測(cè)量一段電爐絲的電阻R_x，可是在連接電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表和滑動(dòng)變阻器都已損壞．于是小明就利用剛才已測(cè)得的定值電阻R，重新設(shè)計(jì)并連接了如圖丁所示的電路，電源電壓未知且恒定不變．請(qǐng)把下列實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整：步驟1：只閉合開關(guān)S₁，記下電壓表的示數(shù)為U₁；
步驟2：閉合開關(guān)S₁、S₂，記下電壓表的示數(shù)為U₂．R_x的表達(dá)式為$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電源的電壓確定電壓表的量程且與定值電阻并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）①為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)位于最大阻值處；
②電壓有示數(shù)說明電壓表與兩接線柱與電源之間是通路，電流表無(wú)示數(shù)說明電路斷路，即電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦罚?br />（3）從圖象中讀出任意一組電流和電壓值，根據(jù)歐姆定律求出電阻的阻值；
（4）由圖丁可知，只閉合開關(guān)S₁時(shí)，R與Rx串聯(lián)，電壓表測(cè)R_x兩端的電壓，當(dāng)開關(guān)S₁、S₂閉合時(shí)，電路為R_x的簡(jiǎn)單電路，電壓表測(cè)電源的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出R兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律得出等式即可求出R_x的阻值．

解答 解：（1）由實(shí)物電路圖可知，電源是由兩節(jié)干電池串聯(lián)串聯(lián)組成的，其電壓為3V，則電壓表選0～3V，且與定值電阻并聯(lián)；
滑動(dòng)變阻器的左下方接線柱與定值電阻相連，如下圖所示：

（2）①為保護(hù)電路，在連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)當(dāng)處于斷開狀態(tài)；閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器應(yīng)處于最大阻值狀態(tài)，而本題中電流表和電壓表的示數(shù)都很大，說明滑動(dòng)變阻器的阻值沒有在最大值處；
②電壓有示數(shù)說明電壓表與兩接線柱與電源之間是通路，電流表無(wú)示數(shù)說明電路斷路，即電壓表并聯(lián)部分定值電阻斷路；
（3）由圖象可知，當(dāng)U=1.2V時(shí)，通過的電流I=0.4A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，定值電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.4A}$=3Ω；
（4）由電路圖可知，
步驟1：只閉合開關(guān)S₁，記下電壓表的示數(shù)為U₁；
步驟2：閉合開關(guān)S₁、S₂，記下電壓表的示數(shù)為U₂；
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R兩端的電壓U_R=U₂-U₁，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{x}}{{R}_{x}}$=$\frac{{U}_{R}}{R}$，即$\frac{{U}_{1}}{{R}_{x}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，
解得：R_x=$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．
故答案為：
（1）如上圖所示；
（2）①未將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最大阻值處；②定值電阻斷路；
（3）3；
（4）閉合開關(guān)S₁、S₂，記下電壓表的示數(shù)為U₂；$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物電路圖的連接、電路故障的判斷、串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用以及電路的設(shè)計(jì)，會(huì)根據(jù)電源的電壓確定電壓表的量程和從圖象中獲取有用的信息是關(guān)鍵．