题目内容

某同学根据如图甲所示电路完成“伏安法测量定值电阻”的实验．
（1）根据图甲，将图乙中的实物电路连接完整．

（2）正确连接电路后，闭合开关．①若发现电流表和电压表的示数都很大，这说明小华在实验操作上存在的问题是；②若电压表示数约为3V，但无论怎样移动变阻器滑片，电流表示数始终为0，则电路中出现的故障可能是；
（3）排除以上故障后，调节滑动变阻器，把测量的几组数据描成如图丙所示的图象，则该电阻的阻值R=Ω；
（4）若将图乙中的电阻R换成一个额定电压为3.8V、阻值约为10Ω的小灯泡，若要测出该小灯泡的额定功率，则原实验电路中必须改变的是；
A．电源电压　　　　 B．电压表量程　　　　 C．电源电压和电压表量程
（5）完成上述实验后，小明还想测量一段电炉丝的电阻Rx，可是在连接电路时，发现电流表和滑动变阻器都已损坏．于是小明就利用刚才已测得的定值电阻R，重新设计并连接了如图丁所示的电路，电源电压未知且恒定不变．
请把下列实验步骤补充完整：
步骤1：只闭合开关S₁，记下电压表的示数为U1；
步骤2：__．
电阻表达式（用物理量的符号表示）：R_x=______．

解：（1）电压表与电阻并联，因为电源由2节干电池组成，所以可选择0～3V的量程；
由电路图知，滑片向左移动，电阻减小，所以滑动变阻器应接下面的A接线柱，如图所示：

；
（2）电流表和电压表的示数都很大，说明电路中的电阻很小，滑动变阻器的滑片未移至最大阻值处；
电流表示数始终为0，说明电路中发生断路，电压表示数约为3V，说明与电压表并联的电阻发生断路；
（3）由图丙知，电流和电压成正比，说明电阻不变，当电压为0.6V时，电流为0.2A，所以R= $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ =3Ω；
（4）若将图乙中的电阻R换成一个额定电压为3.8V，则应该增加电源电压，并将电压表改接大量程；
（5）只闭合开关S₁，电压表测出电阻Rx两端的电压，若闭合S₁、S₂，则R被短路，此时电压表的示数U2等于电源电压，则可求出串联时电阻R两端的电压U₂-U₁，计算出电路中的电流I= $\text{[math]}$ ，则R_x= $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ ?R．
故答案为：（1）见上图；（2）未将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处；电阻断路；（3）3；（4）C；（5）闭合开关S₁、S₂，记下电压表的示数为U₂； $\text{[math]}$ ?R．
分析：（1）电压表与灯泡并联，根据电源电压来判断电压表的量程；
滑动变阻器要接一上一下，其接法要与电路图一致；
（2）①在闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处，否则电路中的电流和电阻两端的电压会很大；
②掌握断路的特点，电路中无电流，断开处的电压等于电源电压；
（3）根据图象确定一组对应的电流和电压值，根据R= $\text{[math]}$ 计算出电阻；
（4）若换用额定电压为3.8V的灯泡，应考虑电源电压及电压表的量程是否合适；
（5）根据电源电压不变的特点，结合串联电路电流、电压的规律进行分析．
点评：此题是“伏安法测量定值电阻”的实验，考查了电压表、滑动变阻器的连接，电路问题的分析，同时考查了电阻的计算，注意从图象获取对用的电压和电流值．最后一问是此题的难点，关键是用到电源电压不变，还涉及到了串联电路电流、电压的特点及短路的知识．