Question

4．小明同學(xué)在做“測量定值電阻”實驗時，其實物電路連接如圖甲所示．

（1）連接電路時，應(yīng)將開關(guān)斷開．
（2）當(dāng)小明準備閉合開關(guān)開始實驗時，同伴小紅提醒她還有一處不妥當(dāng)，其不妥當(dāng)之處是沒有將滑片P移至阻值最大處（或沒有將滑片P移至最左端）．
（3）小明更正后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表、電壓表都沒有示數(shù)．小明確定電路的接線良好，且電表和電源都完好，為了盡快查出故障原因，小明將連接在開關(guān)A端的導(dǎo)線拆下，把它改接在B端，結(jié)果電壓表和電流表都有示數(shù)，則電路故障是開關(guān)斷路．
（4）排除故障后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，把測量的幾組數(shù)據(jù)描成如圖乙所示的圖象，則該電阻的阻值R=3Ω．
（5）完成上述實驗后，小明還想測量一段電爐絲的電阻R_x，可是在連接電路時，發(fā)現(xiàn)電壓表和滑動變阻器都已損壞．經(jīng)過思考，小明利用剛才已測得的定值電阻R及原來剩下的器材，再向老師要一個開關(guān)S₁，重新設(shè)計電路進行實驗（電源電壓未知且恒定不變，電流表量程足夠大）．
電路設(shè)計：在丙圖中把小明設(shè)計末完成的實驗電路圖補充完整（測量時電路元件接線不能更改）．
實驗步驟：把下列實驗步驟補充完整．
①只閉合開關(guān)S，讀出電流表的示數(shù)I₁；
②再閉合開關(guān)S₁，讀出電流表示數(shù)I₂．
電阻表達R_x=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$•3Ω．

Answer 1

分析 （1）連接電路時應(yīng)斷開開關(guān)；
（2）閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片滑到最大值處；
（3）常見的電路故障有：斷路與短路兩種，根據(jù)電路故障現(xiàn)象，分析電路故障原因；
（4）找出U-I圖象上某點對應(yīng)的電壓與電流，然后由歐姆定律求出電阻阻值；
（5）電壓表與滑動變阻器已損壞，可把已知電阻與待測電阻并聯(lián)，用電流表測出電路電流，然后并聯(lián)電路特點及歐姆定律求出待測電阻的阻值．

解答 解：
（1）為了保護電路，連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開；
（2）閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片滑到最大值處，這樣電路中電流最小，以免損壞電路元件．由圖可知他的不當(dāng)之處是滑片沒有滑到最大值處（或沒有將滑片P移至最左端）；
（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表、電壓表都沒有示數(shù)，說明電路存在斷路；把A端的導(dǎo)線拆下，把它改接在B端，電壓表和電流表都有示數(shù)，說明電路是通路，由此可見，電路故障是開關(guān)斷路；
（4）由U-I圖象可知，電壓U=1.2V時，電流I=0.4A，電阻阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.4A}$=3Ω；
（5）實驗電路圖如圖所示；

實驗步驟：①只閉合開關(guān)S，讀出電流表的示數(shù)I₁；
②再閉合開關(guān)S₁，讀出電流表示數(shù)I₂；
R_x=由I=$\frac{U}{R}$，
電源電壓U=I₁R=I₁×3Ω，
流過待測電阻RX的電流I_X=I₂-I₁，待測電阻阻值R_x=$\frac{U}{{I}_{x}}$=$\frac{{I}_{1}×3Ω}{{I}_{2}-{I}_{1}}$=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$•3Ω；
故答案為：
（1）斷開；（2）沒有將滑片P移至阻值最大處（或沒有將滑片P移至最左端）；（3）開關(guān)斷路；（4）3；
（5）電路圖見上圖；②再閉合開關(guān)S₁，讀出電流表示數(shù)I₂；R_x=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$•3Ω．

點評 本題考查了電路連接的注意事項、電路故障分析、求電阻阻值、實驗設(shè)計等問題，最后一問有一定的難度，根據(jù)實驗原理及所給實驗器材設(shè)計實驗電路，然后根據(jù)實驗所測量的量應(yīng)用并聯(lián)電路特點及歐姆定律可以求出待測電阻阻值．