Question

6．在物理实验中常用到等效替代法．例如将一个10Ω的电阻替换某电路中串联的两个5Ω的电阻，在其他条件不变的情况下，该电路中电流不变，说明一个10Ω的电阻与两个串联5Ω的电阻对电流的阻碍作用是等效的，所以可以用一个10Ω的电阻替代两个串联5Ω的电阻．小明利用等效替代的思想来测量待测电阻R_x的阻值，如图甲所示．
（l）下面是小明的实验过程：
①按照电路图连接好电路，并将电阻箱R₀的阻值调到最大；
②闭合开关S₁前，滑片P置于a 端．  （选填“a”或“b”）
③闭合开关S₁；
④闭合开关S₃，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数I．
⑤先断开开关S₃，再闭合开关S₂，保持滑动变阻器R的电阻不变，调节电阻箱的阻值R₀．使电流表的示数仍为I，此时电阻箱的阻值等于待测电阻Rx的阻值．
（2）在此实验中，若将电流表改用电压表，其他器材不变，请在虚线框内（乙）画出用等效替代法测量Rx电阻的实验电路图．（要求所设计的电路在连接后，只能通过开关改变电路连接情况）．

Answer 1

分析 （1）根据等效替代法及欧姆定律的知识，当电阻箱的电阻与待测电阻的阻值相等时，电路中电流不变；
（2）根据等效替代法可知，当待测电阻两端的电压和变阻箱两端的电压相等时，待测电阻的阻值和变阻箱的阻值相等；因只能通过开关改变电路连接情况，所以把电压表与待测电阻、变阻箱并联．

解答 解：（1）在伏安法测电阻，或是等效法测电阻时，滑动变阻器即起保护电路的作用，又可调节电路．
①在图示电路中，按电路图连好电路，并将电阻箱R₀的阻值调至最大．
②闭合开关S₁前，滑片P应置于a端，使电阻R值最大．
③闭合开关S₁．
④闭合开关S₃，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数I．
⑤先断开开关S₃，再闭合开关S₂，保持R的电阻不变，调节R₀，使电流表的示数仍为I．则此时R₀=R_x；
（2）把电压表与待测电阻、变阻箱并联，先闭合开关S₁，再闭合开关S₃，调节滑动变阻器，读出电压表的示数；断开开关S₃闭合开关S₂时，调节变阻器的阻值使两次电压表的示数相同，此时变阻箱的阻值即为待测电阻的大小，实验电路图如图所示：

故答案为：（1）②a；④S₃；⑤S₃；S₂；滑动变阻器R；电阻箱的阻值R₀；（2）如上图所示．

点评 本题没有直接考查伏安法测电阻的原理欧姆定律，而是结合欧姆定律通过等效替代法测待测电阻和已知电阻的电压或电流，从而间接测出的阻值；注意实验中，滑动变阻器即起保护电路的作用，又可调节电路．