Question

19．在测量阻值约为5Ω的定值电阻Rx的实验中，小明用如图甲所示的器材进行实验，电源电压保持不变．
（1）如图甲所示，在图中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整，要求滑动变阻器的滑片向右滑动时连入电路的电阻变小．

（2）小明把最后一根导线连接完毕后，看到电压表和电流表立即都有较大示数，他在实验操作中的两处错误是连接电路时开关没有断开和滑动变阻器滑片没有位于最大阻值处；．
（3）在实验中出现：电流表有示数，电压表示数为0的现象，其故障可能是C
A．电流表的正、负接线柱接反      B．电压表的量程选小了
C．电阻R_x发生了短路                     D．把滑动变阻器下端两接线柱连入电路
（4）改正错误后，小明改变Rx两端的电压和电流．两次测得的电阻值分别为R₁=5.1Ω，R₂=5.3Ω．第三次测量时，电压表的示数为1.5V，电流表的示数如图乙所示，则R₃=5.0Ω，实验测得值应为R_x=5.1Ω．（结果保留一位小数）
（5）若将图甲中的电阻换为小灯泡，当滑动变阻器接入电路的电阻变小时，电压表与电流表示数的比值将变大（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（6）小红在实验室所提供的器材中选择合适的器材，设计如下电路测出该电阻的值．如图丙所示四个电路中，R₀为已知阻值的定值电阻，不能测出未知电阻Rx的电路是D

Answer 1

分析 （1）应用伏安法测量电阻，需要待测电阻、电流表、滑动变阻器、电源、开关用导线组成串联电路，根据滑片向右滑动时接入电路电阻减小，确定滑动变阻器接线柱的连接；根据电源电压确定电压表量程，并且电压表与定值电阻并联测量两端电压；
（2）为保护电路，在连接电路时开关应断开，滑片置于滑动变阻器阻值最大处；
（3）电流表有示数，说明电路为通路，电压表示数为0，则可能与电压表并联的电阻R_x短路了；
（4）分清电流表量程及最小分度值，由图读出电流值，然后根据欧姆定律求电阻；求三次测量的平均值作为待测电阻的阻值；
（5）明确电压表与电流表示数的比值即为灯的电阻．灯与变阻器串联，根据分压原理和串联电路电压的规律，确定当滑动变阻器接入电路的电阻变小时灯的电压的变化及通过的电流变化，根据P=UI确定灯的功率的变化，由此判断灯丝温度的变化，根据灯丝电阻随温度的升高而增大作答；
（6）串联电路的电流处处相等，并联电路各支路电压相等，用电压表或电流表，直接或间接测量电压和电流，根据欧姆定律求得R_x电阻．

解答 解：（1）滑动变阻器的滑片向右滑动时连入电路的电阻变小，即滑片以右电阻丝连入电路中，电源电压为3V，电压表选用小量程，与电阻并联．实物连接如下图所示：

（2）将最后一根导线连接完毕后，发现电流表和电压表都有较大的示数，其原因可能是：在连接电路时，开关没有断开；滑动变阻器滑片没有位于最大阻值处；
（3）在实验中出现：电流表有示数，说明电路为通路，电压表示数为0，则可能与电压表的电阻R_x短路了，而导致电压表与导线并联了，选C；
（4）图乙中电流表用小量程，分度值为0.02A，此时的示数为I=0.3A，
根据欧姆定律，此时电阻阻值为R₃=$\frac{{U}_{0}}{I}=\frac{1.5V}{0.3A}$=5.0Ω；
测量结果为R_x=$\frac{{R}_{1}{+R}_{2}{+R}_{3}}{3}=\frac{5.1Ω+5.3Ω+5.0Ω}{3}$≈5.1Ω；
（5）变阻器与灯串联，当滑动变阻器接入电路的电阻变小时，根据压原理，变阻器的电压变小，由串联电路电压的规律，灯的电压变大，通过灯的电流也变大，根据P=UI灯的实际功率变大，灯丝的温度升高，灯丝的电阻变大，电压表与电流表示数的比值即灯丝电阻变大；
（6）A、开关S闭合时，R₀短路，电压表测量电源电压；
开关S断开时，电压表测量R_x两端的电压；
根据串联电路总电压等于各分电压之和，可求出R₀两端的电压，根据I=$\frac{U}{R}$求出通过R₀的电流；
根据串联电路电流处处相等，通过R_x电流等于通过定值电阻电流I_x=I₀，根据R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$可求出R_x电阻；
B、由电路图可知，当S断开时，电路为R₀的简单电路，电流表测R₀的电流，根据欧姆定律可求电源的电压；
当开关S闭合时R₀、R_x并联，电流表测总电流，R₀的电压始终为电源电压保持不变，由并联电路电流特点可求得通过R_x的电流，并且R_x两端电压等于电源电压，所以可以根据R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$可求出R_x阻值；
C、由电路图可知，当开关S闭合时，电路为R₀的简单电路，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律求出电源的电压；
当开关S断开时两电阻串联，电流表测串联电路的电流，根据欧姆定律求出电路的总电阻，再根据电阻的串联可以求出R_x阻值；
D、开关S闭合时，R_x短路，电压表测量电源电压；开关S断开时，电压表测量电源电压；所以无法得到电路中电流，所以不能计算出R_x的值．
所以，不能测出未知电阻R_x的电路是D图．
故答案为：（1）实物连接如上图所示；
（2）连接电路过程中开关没有断开；滑动变阻器滑片没有位于最大阻值处；
（3）C；
（4）5.0；5.1；
（5）变大；
（6）D．

点评 本题测电阻的大小，考查电路的连接、实验注意事项、故障的分析、电阻的计算、数据的处理、影响电阻大小的因素及设计实验方案的能力，综合性强，有一定难度．