Question

3．小明用如图甲所示的电路图，研究通过导体的电流与导体电阻的关系，电源电压恒为6V，改变电阻R的阻值．调节滑动变阻器滑片，保持R两端的电压不变，记下相应的4次实验的电流和电阻值，描绘在乙图中．

（1）在丙图中，用笔线代替导线，将电压表正确连入电路；
（2）如果该同学连接好实物后，闭合开关，调节滑动变阻器，发现灯泡变亮了，电流表示数变大了，电压表示数却变小了，原因是电压表与滑动变阻器并联了．
（3）实验中，他所选择的变阻器是C（选填序号）
A、10Ω   0.5A          B、20Ω   1A        C、50Ω   2A
（4）乙图中阴影部分面积表示的物理量是电压；
（5）小明同学们又设计了两种测量电阻的方案，方案中定值电阻的阻值为R₀
①方案一：闭合开关S，如果电压表V₁和V₂的读数分别为U₁和U₂，则电阻Rx的阻值表达式为R_x=$\frac{{U}_{2}}{I}$．
②方案二：电路中Rx≠R₀，将S接到a，读出电流表的示数I₁；再将S接到b，读出电流表的I₂；由I₁R₀=I₂R_x可得R_x=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．请判断结果是否正确并简要说明理由：不正确，没有控制R_x和R_o两端的电压相等．

Answer 1

分析 （1）根据电源电压判定电压的量程；
（2）在调节滑动变阻器时，灯泡逐渐变亮（电路中电流变大），而电压表的示数变小，说明电压表不是接在小灯泡的两端，而是电压表与滑动变阻器并联了；
（3）根据图乙可知实验中的最小电流，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出滑动变阻器的阻值即可确定滑动变阻器的规格；
（4）根据U=IR分析图丙中阴影部分面积表示的物理量；
（5）①方案一中定值电阻与待测电阻串联，已知定值电阻电压与阻值，由欧姆定律可以求出电路电流，已知待测电阻两端的电压，由欧姆定律可以求出待测电阻的阻值；②用等效替代法测待测电阻的电压，但根据设计，当开关S由a拨到b时，电阻R₀和R_X两端的电压不相等，故设计是不合理的温度的变化而变化．

解答 解：（1）电源电压为6V，所以电压表的量程为0-15V，电压表并联到定值电阻的两端，实物图为：
；
（2）在移动滑片时，灯泡逐渐变亮时，灯两端的电压变大，而电压表的示数变小，说明电压表不是接在小灯泡的两端，而是电压表与滑动变阻器并联了；
（3）由图乙可知，实验中的最小电流I=0.1A，电压表的示数U_R=2V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑动变阻器接入电路中的电阻：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{4V}{0.1A}$=40Ω，所以，滑动变阻器的规格为C；
（4）图丙中阴影部分面积为IR，由U=IR可知，它表示的物理量是电压；
（5）①流过电路的电流I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$，由欧姆定律得R_X的阻值R_X=$\frac{{U}_{2}}{I}$．
②该方案不正确，因为：在串联电路中，根据分压原理，用电器两端电压与其阻值成正比，因R_x≠R₀，当开关S由a拨到b时，电阻R₀和R_X两端的电压不相等，所以实验过程中没有保持R_x和R₀两端的电压相等．
故答案为：（1）如图；（2）电压表与滑动变阻器并联了；（3）C；（4）电压；（5）$\frac{{U}_{2}}{I}$；不正确，没有控制R_x和R_o两端的电压相等．

点评 本题测灯的功率和测定值电阻的大小，考查电路的连接、实验注意事项、故障的分析、影响电阻大小的因素及对实验方案的评估能力，知识点无多，综合性强，有一定难度．