Question

11．小明從實(shí)驗(yàn)室得到一個(gè)壓敏電阻R_x，為探究其特性，設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的電路圖，他選用電壓恒為4.5V的電源，規(guī)格為“50Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器．實(shí)驗(yàn)時(shí)，他在壓敏電阻上放置一個(gè)質(zhì)量可忽略不計(jì)的托盤，向托盤內(nèi)加入不同質(zhì)量的砝碼以改變對(duì)壓敏電阻的壓力，并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，控制電壓表的示數(shù)始終為3V不變，讀出相應(yīng)的電流值．

（1）請(qǐng)根據(jù)電路圖（a），用筆畫線代替導(dǎo)線，連接實(shí)物圖（b）．（電壓表量程選用0～3V，電流表量程選用0～0.6A）．
（2）連接好電路后，把滑動(dòng)變阻器的滑片P移至A端，閉合開關(guān)進(jìn)行試通電（托盤中未放置砝碼），發(fā)現(xiàn)兩表指針偏轉(zhuǎn)情況如圖（c）所示，小明接下來的操作應(yīng)該是換用最大阻值較大的變阻器（或換用電壓較低的電源或在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻）．
（3）在解決問題后，小明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．下面是他記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格．

U=3V
實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
質(zhì)量m/g	0	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800
電流I/A	0.02	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25		0.35	0.40	0.45
電阻Rx/Ω	150	60	30	20	15	12		8.57	7.5	6.67

（4）完成第1次實(shí)驗(yàn)后，當(dāng)小明向托盤內(nèi)放200g砝碼時(shí)，為保持電壓表的示數(shù)不變，他應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P在第1次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上向B（A/B）端移動(dòng)適當(dāng)距離．
（5）第7次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表的示數(shù)如圖（d）所示，請(qǐng)?jiān)诒碇刑顚戨娏骱拖鄳?yīng)的電阻值．
（6）在得到該壓敏電阻的特性規(guī)律后，小明利用該壓敏電阻制作一個(gè)測(cè)質(zhì)量的電子秤，他選用電壓表作為電子秤的顯示裝置．
①如圖（e）所示為小明設(shè)計(jì)的電子秤的電路圖，其中R_x為該壓敏電阻，R₀為定值電阻．為使托盤內(nèi)的物體質(zhì)量越大，電壓表的示數(shù)也越大，他應(yīng)將電壓表并聯(lián)在R₀（R_x/R₀）兩端．
②已知圖（e）中電源電壓保持4.5V不變，托盤的質(zhì)量不計(jì)，為使托盤中放置的物體的質(zhì)量為1.6kg時(shí)電壓表的示數(shù)為3V，定值電阻R₀應(yīng)取15Ω，當(dāng)電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)，托盤內(nèi)的物體質(zhì)量為1000g．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題中要求的確定電表的量程，根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，各元件與電路圖一一對(duì)應(yīng)，注意電表正負(fù)接線柱的接法；
（2）根據(jù)電壓表指針超過最大刻度和電流表指針偏轉(zhuǎn)角度過小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律分析可能的原因，根據(jù)分壓強(qiáng)原理確定下面的操作；
（4）當(dāng)小明向托盤內(nèi)放200g砝碼時(shí)，根據(jù)壓力增大判斷壓敏電阻變化，根據(jù)分壓原理，判斷電壓表示數(shù)變化，為保持電壓表的示數(shù)不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，確定滑動(dòng)變阻器的滑片P在第1次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上移動(dòng)的方向；
（5）根據(jù)圖（d）電流表小量程讀數(shù)，由歐姆定律求電阻大��；
（6）①壓敏電阻R_x與定值電阻R₀為串聯(lián)，根據(jù)該壓敏電阻大小隨壓力變化規(guī)律，由分壓原理確定壓敏電阻的電壓變化，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，確定定值電壓表并聯(lián)的位置；
②根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，由表中數(shù)據(jù)求R₀；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，由表中數(shù)據(jù)求托盤內(nèi)的物體質(zhì)量．

解答 解：（1）電壓表量程選用0～3V，電流表量程選用0～0.6A，根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，如下所示：

（2）圖中電壓表測(cè)壓敏電阻的電壓，把滑動(dòng)變阻器的滑片P移至A端，即變阻器連入電路中的阻值最大，如圖（c）所示；電壓表指針超過最大刻度，電路中電流較小，壓敏電阻的電壓過大，有可能是：變阻器分得的電壓較小，根據(jù)分壓原理，變阻器的最大阻值較小，還可能是電源電源較高，故小明接下來的操作應(yīng)該是：斷開開關(guān)，換最大阻值較大的變阻器（或換用電壓較低的電源或串聯(lián)一個(gè)定值電阻）；
（4）完成第1次實(shí)驗(yàn)（托盤中無物體）后，當(dāng)小明向托盤內(nèi)放200g砝碼時(shí)，壓力增大，壓敏電阻變小，根據(jù)分壓原理，電壓表示數(shù)變小，為保持電壓表的示數(shù)不變，應(yīng)增大電壓表示數(shù)，減小變阻器分得的電壓，由分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，他應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P在第1次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上向 B端移動(dòng)適當(dāng)距離；
（5）第7次實(shí)驗(yàn)時(shí)電流表的示數(shù)如圖（d）所示，電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.30A，因控制電壓表的示數(shù)始終為3V不變，由歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，電阻R=$\frac{U}{{I}_{7}}=\frac{3V}{0.3A}$=10Ω；

U=3V
實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
質(zhì)量m/g	0	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800
電流I/A	0.02	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.30	0.35	0.40	0.45
電阻Rx/Ω	150	60	30	20	15	12	10	8.57	7.5	6.67

（6）①該壓敏電阻R_x與定值電阻R₀為串聯(lián)，因該壓敏電阻受到壓力增大，壓敏電阻變小，由分壓原理，壓敏電阻的電壓變小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，定值電阻R₀的電壓變大，故應(yīng)將電壓表并聯(lián)在R₀兩端．
②由圖e知，壓敏電阻與定值電阻串聯(lián)，當(dāng)電壓表示數(shù)為U_表=3V時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，壓敏電阻的電壓：
U₀=U-U_表=4.5V-3V=1.5V，即定值電阻的電壓為壓敏電阻的$\frac{3V}{1.5V}$=2倍，由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)壓敏電阻盤內(nèi)放置1.6kg的物體時(shí)，壓敏電阻大小為R_敏=7.5Ω，根據(jù)分壓原理，定值電阻的大小為壓敏電阻的2倍，即R₀=2×7.5Ω=15Ω；
當(dāng)電壓表的示數(shù)為U′_表=2.5V時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，壓敏電阻的電壓U′_X=4.5V-2.5V=2V，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U′}_{表}}{{U′}_{X}}$=$\frac{{R}_{0}}{{R′}_{X}}$，$\frac{2.5V}{2V}=\frac{15Ω}{{R′}_{X}}$，故 R′_X=12Ω，由表中數(shù)據(jù)知，此時(shí)托盤內(nèi)的物體質(zhì)量為1000g．
故答案為：（1）如上所示；（2）換用最大阻值較大的變阻器（或換用電壓較低的電源或在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻）；（4）B；（5）如上表所示；（6）①R₀；②15；1000．

點(diǎn)評(píng) 本題探究壓敏電阻的特性，考查電路的連接，反�，F(xiàn)象的分析、變化電路的分析、電流表讀數(shù)、電阻計(jì)算及電壓表示數(shù)與質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系和控制變量法的運(yùn)用，綜合性強(qiáng)，有難度，關(guān)鍵是從表中、文字中獲取有效的信息．