Question

10．某同學(xué)根據(jù)如圖甲所示電路完成“伏安法測(cè)量定值電阻”的實(shí)驗(yàn)．
（1）根供圖甲，將圖乙中的實(shí)物電路連接充整．
（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）若將圖乙中的電阻R換成一個(gè)額定電壓為3.8V、阻值約為10Ω的小燈泡，若要測(cè)出該小燈泡的額定功率，則原實(shí)驗(yàn)電路中必須改變的是C；
A、電源電壓B、電壓表量程C、電源電壓和電壓表量程
（5）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．電阻表達(dá)式（用物理量的符號(hào)表示）：R_x的表達(dá)式為$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）電壓表與燈泡并聯(lián)，根據(jù)電源電壓來(lái)判斷電壓表的量程；滑動(dòng)變阻器要接一上一下，其接法要與電路圖一致；
（2）①在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移至最大阻值處，否則電路中的電流和電阻兩端的電壓會(huì)很大；
②掌握斷路的特點(diǎn)，電路中無(wú)電流，斷開處的電壓等于電源電壓；
（3）根據(jù)圖象確定一組對(duì)應(yīng)的電流和電壓值，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計(jì)算出電阻；
（4）若換用額定電壓為3.8V的燈泡，應(yīng)考慮電源電壓及電壓表的量程是否合適；
（5）根據(jù)電源電壓不變的特點(diǎn)，結(jié)合串聯(lián)電路電流、電壓的規(guī)律進(jìn)行分析；

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯(lián)，因?yàn)殡娫从?節(jié)干電池組成，所以可選擇0～3V的量程；由電路圖知，滑片向左移動(dòng)，電阻減小，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)接下面的A接線柱，如圖所示：

（2）電流表和電壓表的示數(shù)都很大，說明電路中的電阻很小，滑動(dòng)變阻器的滑片未移至最大阻值處；電流表示數(shù)始終為0，說明電路中發(fā)生斷路，電壓表示數(shù)約為3V，說明與電壓表并聯(lián)的電阻發(fā)生斷路；
（3）由圖丙知，電流和電壓成正比，說明電阻不變，當(dāng)電壓為0.6V時(shí)，電流為0.2A，所以R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.6V}{0.2A}$=3Ω；
（4）若將圖乙中的電阻R換成一個(gè)額定電壓為3.8V，則應(yīng)該增加電源電壓，并將電壓表改接大量程；
（5）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）見上圖；（2）未將滑動(dòng)變阻器的滑片移至最大阻值處；電阻斷路；（3）3；（4）C；（5）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) 此題是“伏安法測(cè)量定值電阻”的實(shí)驗(yàn)，考查了電壓表、滑動(dòng)變阻器的連接，電路問題的分析，同時(shí)考查了電阻的計(jì)算，注意從圖象獲取對(duì)用的電壓和電流值．最后一問是此題的難點(diǎn)，關(guān)鍵是用到電源電壓不變，還涉及到了串聯(lián)電路電流、電壓的特點(diǎn)及短路的知識(shí)．