Question

10．某同学根据如图甲所示电路完成“伏安法测量定值电阻”的实验．
（1）根供图甲，将图乙中的实物电路连接充整．
（2）正确连接电路后，闭合开关．①若发现电流表和电压表的示数都很大，这说明小华在实验操作上存在的问题是未将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处；②若电压表示数约为3V，但无论怎样移动变阻器滑片，电流表示数始终为0，则电路中出现的故障可能是电阻断路；
（3）排除以上故障后，调节滑动变阻器，把测量的几组数据描成如图丙所示的图象，则该电阻的阻值R=
3Ω；
（4）若将图乙中的电阻R换成一个额定电压为3.8V、阻值约为10Ω的小灯泡，若要测出该小灯泡的额定功率，则原实验电路中必须改变的是C；
A、电源电压B、电压表量程C、电源电压和电压表量程
（5）完成上述实验后，小明还想测量一段电炉丝的电阻R_x，可是在连接电路时，发现电流表和滑动变阻器都已损坏．于是小明就利用刚才已测得的定值电阻R，重新设计并连接了如图丁所示的电路，电源电压未知且恒定不变．请把下列实验步骤补充完整：
步骤1：只闭合开关S₁，记下电压表的示数为U₁；
步骤2：闭合开关S₁、S₂，记下电压表的示数为U₂．电阻表达式（用物理量的符号表示）：R_x的表达式为$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）电压表与灯泡并联，根据电源电压来判断电压表的量程；滑动变阻器要接一上一下，其接法要与电路图一致；
（2）①在闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处，否则电路中的电流和电阻两端的电压会很大；
②掌握断路的特点，电路中无电流，断开处的电压等于电源电压；
（3）根据图象确定一组对应的电流和电压值，根据R=$\frac{U}{I}$计算出电阻；
（4）若换用额定电压为3.8V的灯泡，应考虑电源电压及电压表的量程是否合适；
（5）根据电源电压不变的特点，结合串联电路电流、电压的规律进行分析；

解答 解：（1）电压表与电阻并联，因为电源由2节干电池组成，所以可选择0～3V的量程；由电路图知，滑片向左移动，电阻减小，所以滑动变阻器应接下面的A接线柱，如图所示：

（2）电流表和电压表的示数都很大，说明电路中的电阻很小，滑动变阻器的滑片未移至最大阻值处；电流表示数始终为0，说明电路中发生断路，电压表示数约为3V，说明与电压表并联的电阻发生断路；
（3）由图丙知，电流和电压成正比，说明电阻不变，当电压为0.6V时，电流为0.2A，所以R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.6V}{0.2A}$=3Ω；
（4）若将图乙中的电阻R换成一个额定电压为3.8V，则应该增加电源电压，并将电压表改接大量程；
（5）由电路图可知，步骤1：只闭合开关S₁，记下电压表的示数为U₁；步骤2：闭合开关S₁、S₂，记下电压表的示数为U₂；
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，R两端的电压U_R=U₂-U₁，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流：I=$\frac{{U}_{X}}{{R}_{X}}$=$\frac{{U}_{R}}{R}$，即$\frac{{U}_{1}}{{R}_{X}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，解得：R_x=$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$；
故答案为：（1）见上图；（2）未将滑动变阻器的滑片移至最大阻值处；电阻断路；（3）3；（4）C；（5）闭合开关S₁、S₂，记下电压表的示数为U₂；$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$；

点评 此题是“伏安法测量定值电阻”的实验，考查了电压表、滑动变阻器的连接，电路问题的分析，同时考查了电阻的计算，注意从图象获取对用的电压和电流值．最后一问是此题的难点，关键是用到电源电压不变，还涉及到了串联电路电流、电压的特点及短路的知识．