Question

12．小张和小明同学要探究一种新材料制成的圆柱体的电阻（其上标有“3.8V  0.4A”），并测绘其伏安特性曲线，提供的实验器材有：
A．电源E（4V，内阻约0.4Ω）
B．电压表V（2V，内阻为2kΩ）
C．电流表A（0.6A，内阻约0.3Ω）
D．滑动变阻器R（0～10Ω）
E．三个定值电阻（R₁=1kΩ，R₂=2kΩ，R₃=5kΩ）
F．开关及导线若干
步骤如下：
（1）用游标为20分度的卡尺测量其长度如图1，由图可知其长度为5.015cm．再用螺旋测微器测量其直径如图2，由图可知其直径为0.4700cm．

（2）小明研究后发现，电压表的量程不能满足实验要求，为了完成测量，他将电压表进行了改装．在给定的定值电阻中选用R₂（选填“R₁”、“R₂”或“R₃”）与电压表串联（选填“串联”或“并联”），完成改装．
（3）小张选好器材后，按照该实验要求连接电路，如图3所示（图中电压表已经过改装）．闭合开关前，小明发现电路中存在两处不恰当的地方，应如何调整，请说明：
①电流表采用了内接法，应采用外接法；
②滑片P置于了b处，应置于左端．
（4）正确连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，电压表和电流表的示数改变，但均不能变为零．由此可以推断电路中发生的故障可能是导线8（选填图中表示导线的序号）出现了断路．

Answer 1

分析 （1）游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读．螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读．
（2）据所给器材与电压表改装原理分析答题．
（3）根据实验注意事项，分析图示电路图，从而明确错误原因；
（4）滑动变阻器采用限流接法时，电压与电流不能从零开始变化，分析图示电路图答题．

解答 解：（1）游标卡尺的主尺读数为50mm，游标读数为0.05×3=0.15mm，所以最终读数为 L=50mm+0.15mm=50.15mm=5.015cm．
螺旋测微器的固定刻度读数为4.5mm，可动刻度读数为0.01×20.0mm=0.200mm，所以最终读数为 d=4.5mm+0.200mm=4.700mm=0.4700cm．
（2）灯泡额定电压为3.8V，可以把电压表改装为4V量程；因电压表量程为2V，内阻为2kΩ，要把电压表改装成4V的电压表，则根据串联电路规律可知，$\frac{4}{2}$=$\frac{R+{R}_{V}}{{R}_{V}}$
解得：R=2kΩ，故应选择R₂与电压表串联； 
（3）灯泡正常发光时的电阻为：R=$\frac{3.8}{0.4}$=9.5Ω，电压表内阻为4kΩ，电流表内阻约为0.3Ω，电压表内阻远大于灯泡电阻，电流表应采用外接法，由图示电路图可知，电流表采用内接法，这错误的；由图示电路图可知，滑动变阻器采用分压接法，为保护电路安全，闭合开关前，滑片应置于左端，由电路图可知，滑片P置于b处，这是错误的．
故错误及改正措施为：电流表采用了内接法，应采用外接法；滑片P置于b处，应置于左端；
（3）移动滑片，电压表与电流表示数不能为零，说明滑动变阻器是限流接法，由图示电路图可知，可能是导线8发生断路造成的，导致滑动变阻器成了限流接法；
故答案为：（1）5.015；0.4700；（2）R₂；串联；（3）电流表采用了内接法，应采用外接法；滑片P置于b处，应置于左端；（4）8．

点评 本题考查了电压表的改装、实验注意事项、电路故障分析，掌握电压表的改装原理，根据题意确定电流表与滑动变阻器的 接法，分析清楚实验电路图即可正确解题．