Question

12．在“測(cè)定導(dǎo)體電阻”的實(shí)驗(yàn)中，電源使用二節(jié)新干電池，被測(cè)電阻的阻值約為5Ω，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是“10Ω 1.5A”．
（1）如圖1是沒(méi)有連接完整的實(shí)驗(yàn)電路，請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將電路連接完整；
（2）電路連接正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表所示．其中一組數(shù)據(jù)有拼湊的嫌疑，請(qǐng)指出并說(shuō)明判斷依據(jù)第一組，被測(cè)電阻兩端的電壓不應(yīng)該低于1V（或被測(cè)電流不會(huì)低于0.2A）

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	4
電壓/伏	0.6	1.2	1.8	2.4
電流/安	0.12	0.24	0.36	0.48

（3）在某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，電壓表出現(xiàn)了故障不能使用，小明用原有的電流表、滑動(dòng)變阻器，增添一個(gè)定值電阻和一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)．設(shè)計(jì)了如圖2所示的電路．測(cè)量時(shí)，閉合S₁，將S₂撥到1，電流表的示數(shù)為I₁；將S₂撥到2，電流表的示數(shù)為I₂，小明說(shuō)待測(cè)電阻R_x=$\frac{{I}_{0}{R}_{0}}{{I}_{2}}$，交流時(shí)同組同學(xué)認(rèn)真分析電路后發(fā)現(xiàn)小明的設(shè)計(jì)不合理，原因是由于滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，S₂由1撥到2時(shí)，電阻兩端的電壓發(fā)生變化．
（4）請(qǐng)你也利用上述器材進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在圖2的方框內(nèi)補(bǔ)畫(huà)出正確的電路，列出簡(jiǎn)要的實(shí)驗(yàn)步驟及相應(yīng)電阻表達(dá)式．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，且連接電路時(shí)滑動(dòng)變阻器處于最大阻值處；
（2）把表格中的數(shù)據(jù)代入R=$\frac{U}{I}$求出電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的最小電流，再根據(jù)歐姆定律求出電壓表的示數(shù)，然后得出答案；
（3）由于滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S₂由1撥到2時(shí)，電阻兩端的電壓發(fā)生變化，而實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為電阻兩端電壓不變，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)電路圖設(shè)計(jì)不合理；
（4）單刀雙擲開(kāi)關(guān)接不同位置時(shí)，應(yīng)保持電路中的總電阻不變，且分別測(cè)出兩支路的電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)和歐姆定律得出等式求出電阻的阻值．

解答 解：（1）由圖1知，滑動(dòng)變阻器已接了上面一個(gè)接線柱，滑片在最右端，
所以，開(kāi)關(guān)右接線柱應(yīng)連接到滑動(dòng)變阻器下方左邊的接線柱，如下圖所示：

（2）由表格中數(shù)據(jù)知，當(dāng)電壓為1.2V時(shí)，電流為0.24A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.2V}{0.24A}$=5Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的最小電流：
I=$\frac{U}{R+{R}_{滑}}$=$\frac{3V}{5Ω+10Ω}$=0.2A，
電壓表的示數(shù)：
U_R=IR=0.2A×5Ω=1V
由第一組數(shù)據(jù)，其電壓值和電流值都低于可能達(dá)到的最小電壓和電流，所以有拼湊的嫌疑；
（3）在該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中：由于滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，當(dāng)S₂由1撥到2時(shí)，電阻兩端的電壓發(fā)生變化，而實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為電壓不變，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤，該實(shí)驗(yàn)存在缺陷，設(shè)計(jì)不合理．
（4）單刀雙擲開(kāi)關(guān)接不同位置時(shí)，應(yīng)保持電路中的總電阻不變，且分別測(cè)出兩支路的電流，電路圖如下圖所示：

步驟：
①按照電路圖連接實(shí)物圖；
②閉合S₁，S₂接1，記錄電流表的示數(shù)為I₁；
③閉合S₁，S₂接2，記錄電流表的示數(shù)為I₂；
因并聯(lián)電路中干路電流等于各支路電流之和，
所以，通過(guò)R₀的電流I₀=I₂-I₁，
因并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等，
所以，I₀R₀=I_xR_x，即（I₂-I₁）R₀=I₁R_x，
解得R_x=$\frac{{I}_{1}-{I}_{2}}{{I}_{1}}$R₀．
故答案為：
（1）電路圖的連接如上圖所示；
（2）第一組，被測(cè)電阻兩端的電壓不應(yīng)該低于1V（或被測(cè)電流不會(huì)低于0.2A）；
（3）由于滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，S₂由1撥到2時(shí)，電阻兩端的電壓發(fā)生變化；
（4）設(shè)計(jì)的電路圖如上圖所示；
實(shí)驗(yàn)步驟：①按照電路圖連接實(shí)物圖；②閉合S₁，S₂接1，記錄電流表的示數(shù)為I₁；③閉合S₁，S₂接2，記錄電流表的示數(shù)為I₂；
電阻表達(dá)式：R_x=$\frac{{I}_{1}-{I}_{2}}{{I}_{1}}$R₀．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物圖、串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析等，要注意（3）（4）兩問(wèn)中應(yīng)保持并聯(lián)部分兩端的電壓不變．