Question

11．小明从实验室得到一个压敏电阻R_x，为探究其特性，设计了如图（a）所示的电路图，他选用电压恒为4.5V的电源，规格为“50Ω 1A”的滑动变阻器．实验时，他在压敏电阻上放置一个质量可忽略不计的托盘，向托盘内加入不同质量的砝码以改变对压敏电阻的压力，并调节滑动变阻器，控制电压表的示数始终为3V不变，读出相应的电流值．

（1）请根据电路图（a），用笔画线代替导线，连接实物图（b）．（电压表量程选用0～3V，电流表量程选用0～0.6A）．
（2）连接好电路后，把滑动变阻器的滑片P移至A端，闭合开关进行试通电（托盘中未放置砝码），发现两表指针偏转情况如图（c）所示，小明接下来的操作应该是换用最大阻值较大的变阻器（或换用电压较低的电源或在电路中串联一个电阻）．
（3）在解决问题后，小明进行实验．下面是他记录实验数据的表格．

U=3V
实验序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
质量m/g	0	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800
电流I/A	0.02	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25		0.35	0.40	0.45
电阻Rx/Ω	150	60	30	20	15	12		8.57	7.5	6.67

（4）完成第1次实验后，当小明向托盘内放200g砝码时，为保持电压表的示数不变，他应将滑动变阻器的滑片P在第1次实验的基础上向B（A/B）端移动适当距离．
（5）第7次实验时电流表的示数如图（d）所示，请在表中填写电流和相应的电阻值．
（6）在得到该压敏电阻的特性规律后，小明利用该压敏电阻制作一个测质量的电子秤，他选用电压表作为电子秤的显示装置．
①如图（e）所示为小明设计的电子秤的电路图，其中R_x为该压敏电阻，R₀为定值电阻．为使托盘内的物体质量越大，电压表的示数也越大，他应将电压表并联在R₀（R_x/R₀）两端．
②已知图（e）中电源电压保持4.5V不变，托盘的质量不计，为使托盘中放置的物体的质量为1.6kg时电压表的示数为3V，定值电阻R₀应取15Ω，当电压表的示数为2.5V时，托盘内的物体质量为1000g．

Answer 1

分析 （1）根据题中要求的确定电表的量程，根据电路图连接实物图，各元件与电路图一一对应，注意电表正负接线柱的接法；
（2）根据电压表指针超过最大刻度和电流表指针偏转角度过小，根据串联电路电压的规律分析可能的原因，根据分压强原理确定下面的操作；
（4）当小明向托盘内放200g砝码时，根据压力增大判断压敏电阻变化，根据分压原理，判断电压表示数变化，为保持电压表的示数不变，根据串联电路电压的规律和分压原理，确定滑动变阻器的滑片P在第1次实验的基础上移动的方向；
（5）根据图（d）电流表小量程读数，由欧姆定律求电阻大小；
（6）①压敏电阻R_x与定值电阻R₀为串联，根据该压敏电阻大小随压力变化规律，由分压原理确定压敏电阻的电压变化，根据串联电路电压的规律，确定定值电压表并联的位置；
②根据串联电路电压的规律和分压原理，由表中数据求R₀；
根据串联电路电压的规律和分压原理，由表中数据求托盘内的物体质量．

解答 解：（1）电压表量程选用0～3V，电流表量程选用0～0.6A，根据电路图连接实物图，如下所示：

（2）图中电压表测压敏电阻的电压，把滑动变阻器的滑片P移至A端，即变阻器连入电路中的阻值最大，如图（c）所示；电压表指针超过最大刻度，电路中电流较小，压敏电阻的电压过大，有可能是：变阻器分得的电压较小，根据分压原理，变阻器的最大阻值较小，还可能是电源电源较高，故小明接下来的操作应该是：断开开关，换最大阻值较大的变阻器（或换用电压较低的电源或串联一个定值电阻）；
（4）完成第1次实验（托盘中无物体）后，当小明向托盘内放200g砝码时，压力增大，压敏电阻变小，根据分压原理，电压表示数变小，为保持电压表的示数不变，应增大电压表示数，减小变阻器分得的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，他应将滑动变阻器的滑片P在第1次实验的基础上向 B端移动适当距离；
（5）第7次实验时电流表的示数如图（d）所示，电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数为0.30A，因控制电压表的示数始终为3V不变，由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，电阻R=$\frac{U}{{I}_{7}}=\frac{3V}{0.3A}$=10Ω；

U=3V
实验序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
质量m/g	0	200	400	600	800	1000	1200	1400	1600	1800
电流I/A	0.02	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.30	0.35	0.40	0.45
电阻Rx/Ω	150	60	30	20	15	12	10	8.57	7.5	6.67

（6）①该压敏电阻R_x与定值电阻R₀为串联，因该压敏电阻受到压力增大，压敏电阻变小，由分压原理，压敏电阻的电压变小，根据串联电路电压的规律，定值电阻R₀的电压变大，故应将电压表并联在R₀两端．
②由图e知，压敏电阻与定值电阻串联，当电压表示数为U_表=3V时，根据串联电路电压的规律，压敏电阻的电压：
U₀=U-U_表=4.5V-3V=1.5V，即定值电阻的电压为压敏电阻的$\frac{3V}{1.5V}$=2倍，由表中数据可知，当压敏电阻盘内放置1.6kg的物体时，压敏电阻大小为R_敏=7.5Ω，根据分压原理，定值电阻的大小为压敏电阻的2倍，即R₀=2×7.5Ω=15Ω；
当电压表的示数为U′_表=2.5V时，根据串联电路电压的规律，压敏电阻的电压U′_X=4.5V-2.5V=2V，根据分压原理，$\frac{{U′}_{表}}{{U′}_{X}}$=$\frac{{R}_{0}}{{R′}_{X}}$，$\frac{2.5V}{2V}=\frac{15Ω}{{R′}_{X}}$，故 R′_X=12Ω，由表中数据知，此时托盘内的物体质量为1000g．
故答案为：（1）如上所示；（2）换用最大阻值较大的变阻器（或换用电压较低的电源或在电路中串联一个电阻）；（4）B；（5）如上表所示；（6）①R₀；②15；1000．

点评 本题探究压敏电阻的特性，考查电路的连接，反常现象的分析、变化电路的分析、电流表读数、电阻计算及电压表示数与质量的对应关系和控制变量法的运用，综合性强，有难度，关键是从表中、文字中获取有效的信息．