Question

3．小明制作氧气浓度探测器，过程如下：
（一）小明找来氧敏电阻R_x，其电阻值与空气中氧气浓度的关系如表格所示，其中，氧气浓度为0时，氧敏电阻的阻值模糊不清，他对该电阻值进行测量．

氧气浓度/%	0	5	10	15	20	25	30
Rx/Ω		10	16	21	25	28	30

在集气瓶内，小明通过木炭燃烧制得氧气浓度为零的空气，再将R_x置于瓶内，甲图中电源电压恒为6V，①、②号导线已经连好．
（1）请用笔画线代替导线，在甲图中完成测量电路连接．
（2）开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应移至A（A/B）端．
（3）闭合开关S，发现电流表、电压表示数均为0．小明取下电压表，将电压表分别与导线①的两端、导线②的两端并联，示数都为0；将电压表与滑动变阻器B、D两端并联，示数也为6V；将电压表与开关两端的接线柱并联，示数为0，若电路只有一处故障，则电路故障为D．
A．导线①断路  B．导线②断路  C．滑动变阻器内部断路  D．开关S内部断路
（4）排除故障后，移动滑动变阻器的滑片P，电压表、电流表示数如图乙所示，则氧气浓度为0时，R_x阻值为3Ω．
（5）请在丙图中作出氧敏电阻R_x的阻值与空气中氧气浓度的关系图象．
（二）小明制作氧气浓度探测器的电路如图丁所示，其中，电源电压恒为6V，定值电阻R．，其阻值为5Ω．
（6）小明将氧敏电阻包裹在塑料袋中，先用嘴吸尽其中的空气，在对塑料袋儿呼气，闭合开关S，电流表的示数为0.25A，他呼出气体中氧气浓度为14%；可见人呼吸时，不能（能/不能）将吸入肺中的氧气完全转化为二氧化碳．
（7）小明制作的探测器工作时，氧气浓度越低，电流表示数越小；要想实现“氧气浓度越高，电表示数越小”，应选用电压表与上述电路中的R_x并联．

Answer 1

分析 （1）伏安法测电阻中，根据电源的电压确定电压表的量程且与被测电阻并联，根据欧姆定律求出电路中的最大电流确定电流表的量程且与被测电阻串联；
（2）为防止电路中的电流过大，烧坏电路元件，保护电路的滑动变阻器处于最大阻值处；
（3）电压表与开关两端的接线柱并联时示数为6V说明电压表两接线柱与电源之间是通路，而闭合开关S，发现电流表、电压表示数均为0，说明电路电路，即电压表现在并联部分断路；
（4）根据电表的量程和分度值读出示数，利用欧姆定律求出电阻；
（5）利用描点法做出氧敏电阻R_x的阻值与空气中氧气浓度的关系图象；
（6）根据欧姆定律求出电路中的总电阻，利用电阻的串联求出R_x的阻值，然后由图象得出他呼出气体中氧气的浓度，进一步判断人呼吸时，能不能将吸入肺中的氧气完全转化为二氧化碳；
（7）由表格数据可知，氧敏电阻随氧气浓度增大而增大，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和R₀两端的电压变化，根据串联电路的电压特点可知R_x两端的电压变化，然后根据“氧气浓度越高，电表示数越大”确定电压表的位置．

解答 解：（1）电源的电压为6V，则电压表的量程选0～15V，且与氧敏电阻并联；由表格数据可知，氧敏电阻随氧气浓度增大而增大，当氧气浓度为0时氧敏电阻的阻值小于10Ω，则通过氧敏电阻的电流应大于I=$\frac{U}{R}$=$\frac{6V}{10Ω}$=0.6A，则电流表的量程为0～3A，且与氧敏电阻并联；滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，如下图所示：

（2）开关闭合前，保护电路的滑动变阻器的滑片处于最大阻值处的A端；
（3）电压表与开关两端的接线柱并联时示数为6V说明电压表两接线柱与电源之间是通路，且电压表是完好的，电压表分别与导线①的两端、导线②的两端并联，示数都为0，说明电路断路部位是开关断路，D选项符合；
（4）由图乙可知，电流表的量程为0～3A，分度值为0.1A，示数为1.5A，
电压表的量程为0～15V，分度值为0.5V，示数为4.5V，
则氧气浓度为0时，R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{4.5V}{1.5A}$=3Ω；
（5）氧敏电阻R_x的阻值与空气中氧气浓度的关系图象，如下图所示：

（6）由电路图可知，R₀与R_x串联，电流表测电路中的电流，电流表的示数为0.24A，电路中的总电阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.24A}$=25Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，R_x=R-R₀=25Ω-5Ω=20Ω，
由图象可知，氧气的浓度约为14%，由此可知，人呼吸时，不能将吸入肺中的氧气完全转化为二氧化碳；
（7）由表格数据可知，氧敏电阻随氧气浓度增大而增大，则氧气浓度越高，电路中的总电阻越大，
由I=$\frac{U}{R}$可知，电路中电流表的示数越小，R₀两端的电压越小，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，R_x两端的电压越大，
要想实现“氧气浓度越高，电表示数越大”，应选用电压表与R_x并联．
故答案为：
（1）如上图所示；（2）A；（3）D；（4）3；（5）图象如上图所示；（6）14；不能；（7）小；R_x．

点评 本题考查了实物电路图的连接和实验的注意事项、电路故障的判断、电表的读数、欧姆定律的应用、描点法作图、电路的动态分析等，要注意根据电源的电压确定电压表的量程，根据电路中的最大电路确定电流表的量程．