Question

5．某同学做“用电流表、电压表测电阻”实验，现有电源、待测电阻R₁、电流表、电压表、滑动变阻器R₂、电键及导线若干，所有元件均完好，该同学实验操作步骤正确．

（1）按如图（a）所示的电路连接时，应将电键断开．
（2）闭合电键前，滑动变阻器的滑片应移至b（选填“a”或“b”）处．
（3）他在移动滑动变阻器滑片的过程中，发现电流表示数的变化范围为0.2～0.58安，电压表示数相应的变化范围为2～6.0伏，当移动滑动变阻器滑片到某位置时，电压表、电流表的示数分别如图（b）所示，则待测电阻R₁阻值的平均值为10.1欧．（精确到0.1欧）．
（4）完成上述实验后，该同学还想测量另一段电炉丝的电阻R_x的阻值，可是在连接电路时，发现电源、电压表和滑动变阻器都已损坏．经过思考，他利用刚才已测得的定值电阻R₁及原来剩下的器材，再向老师要了一个电源（电源电压未知且保持不变）和一个电键S₁，重新设计电路进行实验．把设计的电路图画在（c）的框内（测量过程中，电路元件接线不能更改）．
（5）简要叙述操作要点：将定值电阻与待测电阻串联，电流表接在干路上，一个开关与定值并联，另一个开关接在干路上（或将两个电阻并联，两个开关分别与电阻串联，电流表接在干路上）．

Answer 1

分析 （1）（2）连接电路时，开关应断开，变阻器连入电阻最大；
（3）根据分压原理和串联电路电压的规律结合滑片在变阻器两端的情况，分别确定电压表和电流的示数，由欧姆定律求出待测电阻的大小；
根据图（b）所示电表，分别由上面的电压值和电流值大小确定电压表和电流表的量程，读出两表的示数，根据欧姆定律求出待测电阻的大小，最后求3次测量的平均值；
（4）（5）将已知电阻与待测电阻串联在电路中，将一开关与待测电阻并联，用电流表分别测出两电阻串联时的电流和将待测电阻短路时的电流，根据欧姆定律和电源电压不变列方程求待测电阻大小；（或：把已知电阻与待测电阻并联，电流表接在干路上，通过开关的转换分别测出通过每个电阻的电流，根据欧姆定律和电源电压不变列方程求出待测电阻的阻值）

解答 解：（1）连接电路时，为保护电路，开关应断开；
（2）连接电路时，为保护电路，变阻器连入电阻应最大，即滑片移动到b处；
（3）开始时，变阻器连入电阻应最大，根据分压原理，变阻器分得电压最大，根据串联电路电压的规律，此时待测电阻的电压即电压表示数应最小U₁=2V，根据欧姆定律可知，电流应最小为I₁=0.2A，
则此时待测电阻R_x1=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}=\frac{2V}{0.2A}$=10.0Ω；
当滑片移动到另一端时，即变阻器连入电路中电阻为0时，两表示数均应最大，电压表示数U₂即电源电压U=U₂=6V，电流表示数I₂=0.58A，
则待测电阻R_x2=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}=\frac{6V}{0.58A}$=10.3Ω；
因电压表示数为6V，由图（b）所示，电压表选用的是大量程，分度值为0.5V，示数为3V；电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数为0.3A，
待则电阻R_x3=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}=\frac{3V}{0.3A}$=10.0Ω；
则待测电阻R₁阻值的平均值为：
R_测=$\frac{{R}_{x1}{+R}_{x2}{+R}_{x3}}{3}=\frac{10.0Ω+10.3Ω+10.0Ω}{3}$=10.1Ω；
（4）由题意可知，电压表不能用，但有电流表；滑动变阻器不能用，但增加了一个已测得的定值电阻R₁和电键S₁；
将已知电阻与待测电阻串联在电路中，将一开关与待测电阻并联，用电流表分别测出两电阻串联时的电流和将待测电阻短路时的电流，根据欧姆定律和电源电压不变列方程求待测电阻大小（或：把已知电阻与待测电阻并联，电流表接在干路上，通过开关的转换分别测出通过每个电阻的电流，根据欧姆定律和电源电压不变列方程求出待测电阻的阻值）；
实验电路图如下图所示；

（5）将定值电阻与待测电阻串联，电流表接在干路上，一个开关与定值并联，另一个开关接在干路上（或将两个电阻并联，两个开关分别与电阻串联，电流表接在干路上）
故答案为：（1）断开；  
（2）b；　
（3）10.1；　
（4）如上图所示；
（5）将定值电阻与待测电阻串联，电流表接在干路上，一个开关与定值并联，另一个开关接在干路上（或将两个电阻并联，两个开关分别与电阻串联，电流表接在干路上）

点评 本题用电流表、电压表测电阻，考查实验注意事项、运用欧姆定律和串联电路规律解决实际问题的能力、数据的处理方法及设计实验方案的能力，有一定难度．