Question

3．某物理兴趣小组的同学想较精确地测定一个自感系数很大的线圈L的直流电阻．实验室提供了下列器材，小组的同学设计了如图甲所示的电路原理图．

A．待测线圈L（直流电阻值约5～7Ω）
B．电流表A₁（量程0～0.6A，内阻约0.5Ω）
C．电流表A₂（量程0～3A，内阻约0.1Ω）
D．灵敏电流计G（量程0.5mA，内阻r_g=100Ω）
E．滑动变阻器R₁（阻值为0～10Ω，允许最大电流2A）
F．滑动变阻器R₂（阻值为0～1kΩ，允许最大电流0.5A）
G．定值电阻 R₀（R₀=5900Ω）
H．电池组E （电动势为4.5V．内阻很小）
I．开关两个S₁、S₂
J．导线若干
（1）请按电路原理图在答超卡上将乙图中所缺的导线补接完整．
（2）为了保证实验的安全，滑动变阻器的滑动触头P在实验开始前应置于乙图中的a端（选填“a”或“b”）．
（3）为了便于调节电路并能较准确的测出线圈的直流电阻，电流表应选A₁（选填“A₁”或A₂”），滑动变阻器应选R₁（选填“R₁”或“R₂”）
（4）小华同学正确选用实验器材并连接好电路后，A表和G表的读数分别为I₁和I₂，他多次测量描给出I₂-I₁图线如丙图所示，则利用图线可以求出该线圈的直流电阻R_L=6.0Ω（结果保留两位有效数字）．从理沦上分析，小华同学测出L的阻值R_L等于真实值（填“大于”、“等于”或“小于”）．
（5）实验结束，应先断开开关S₂（选填“S₁”或“S₂”），理由是避免因为线圈的自感而导致G表被损坏．

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物电路图．
（2）滑动变阻器采用分压接法时为保护电路安全闭合开关前滑片应置于分压电路分压为零的位置．
（3）根据通过电流表的最大电流选择电流表，为方便实验操作应选择最大阻值 减小的滑动变阻器．
（4）根据电路图要与欧姆定律求出图象的函数表达式，然后根据图象求出电阻阻值；根据实验电路分析实验误差．
（5）通过闭合通过线圈电流发生变化时会产生自感电流，电流过大会损坏电路元件．

解答 解：（1）根据电路图连接实物电路图如图所示：

（2）由图示电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为保护电路闭合开关前滑片P应置于a端．
（3）线圈两端最大电压为3V，通过线圈的最大电流约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{5Ω}$=0.6A，则电流表选择A₁；为方便实验操作滑动变阻器应选择R₁．
（4）由欧姆定律可知，线圈电阻：R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{2}（{r}_{g}+{R}_{0}）}{{I}_{1}-{I}_{2}}$，整理得：I₂=$\frac{{R}_{L}}{{r}_{g}+{R}_{0}+{R}_{L}}$I₁，I₂-I₁图象的斜率：k=$\frac{{R}_{L}}{{r}_{g}+{R}_{0}+{R}_{L}}$，由图示图象可知：k=$\frac{△{I}_{2}}{△{I}_{1}}$=0.001，解得：R_L≈6.0Ω；根据图示电路准确测出了通过线圈的电流与线圈两端的电压，由欧姆定律可知，线圈电阻的测量值等于真实值．
（5）实验结束时应先断开开关S₂，如果先断开开关S₁，则通过线圈的电流迅速变化，线圈产生较大的自感电动势，通过表G的电流较大，可能会损坏G表．
故答案为：（1）电路图如图所示；（2）a；（3）A₁；R₁；（4）6.0；等于；（5）S₂；避免因为线圈的自感而导致G表被损坏．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验注意事项、实验器材的选择、求电阻阻值等问题，这些都是实验的常考问题，一定要掌握；要掌握实验器材的选择原则；根据图示电路图要与欧姆定律求出图象的函数表达式是解题的关键．