Question

15．（1）小彬在物理實驗室制作氧氣濃度探測器，過程如下：
小彬找來氧敏電阻R_x，其電阻值與空氣中氧氣濃度的關(guān)系如表格所示．其中，氧氣濃度為0時，氧敏電阻的阻值模糊不清，于是他對該電阻阻值進行測量．

氧氣濃度/%	0	5	10	15	20	25	30
Rx/Ω		10	16	21	25	28	30

小彬設計了圖甲所示測量氧氣濃度為零時氧敏電阻阻值的電路，電源電壓恒為6V．如圖15乙在集氣瓶內(nèi)裝有通過木炭燃燒制得氧氣濃度為零的空氣，再將R_x置于瓶內(nèi)．

①請用筆畫線代替導線，按照圖甲，將圖乙的電路連接好；
②開關(guān)閉合前，滑動變阻器的滑片P應移至B（A/B）端；
③閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)圖乙中電流表、電壓表示數(shù)均為0．小彬取下電壓表，將電壓表分別與導線①的兩端、導線②的兩端并聯(lián)，示數(shù)都為0；將電壓表與滑動變阻器B、D兩端并聯(lián)，示數(shù)也為0；將電壓表與開關(guān)兩端的接線柱并聯(lián)，示數(shù)為6V．若電路只有一處故障，則電路故障為D
A．導線①斷路          B．導線②斷路
C．滑動變阻器內(nèi)部斷路  D．開關(guān)S內(nèi)部斷路
④排除故障后，移動滑動變阻器的滑片P，電壓表、電流表示數(shù)如圖丙所示，則氧氣濃度為0時，R_x阻值為3Ω；
⑤補充好氧氣濃度與R_x阻值關(guān)系表后，小彬制作氧氣濃度探測器的電路，如圖丁所示，R₀為定值電阻．小彬制作的探測器工作時，氧氣濃度越高，電流表示數(shù)越��；要想實現(xiàn)“氧氣濃度越高，電表示數(shù)越大”，應選用電壓表與上述電路中的R_x并聯(lián)．

實驗次數(shù)	1	2	3
電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.6	0.3	0.24

（2）在完成上述實驗后，小彬又將圖甲中的氧敏電阻R_x換成“5Ω、10Ω、15Ω、30Ω”的定值電阻，探究“電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓仍為6V，滑動變阻器規(guī)格為“20Ω  1A”．所測得的幾組電流、電壓值如表所示．
①由于操怍不當，導致其中一組數(shù)據(jù)存在錯誤，請判斷第3次實驗的數(shù)據(jù)存在錯誤，產(chǎn)生錯誤的原因是未移動滑動變阻器；
②糾正錯誤以后，小彬繼續(xù)用30Ω的電阻替換15Ω的電阻進行了第4次實驗，發(fā)現(xiàn)實驗無法進行下去．為完成第4次實驗，同學們?yōu)樗�提出了下列解決方案，你認為正確的是B．
A．換成電壓為12V的電源
B．更換最大阻值大于或等于30Ω的滑動變阻器
C．可將定值電阻兩端的電壓調(diào)為1.5V．

Answer 1

分析 （1）①按電路圖的順序連接實物；
②為防止電路中的電流過大，燒壞電路元件，保護電路的滑動變阻器處于最大阻值處；
③電壓表與開關(guān)兩端的接線柱并聯(lián)時示數(shù)為6V說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，而閉合開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表、電壓表示數(shù)均為0，說明電路電路，即電壓表現(xiàn)在并聯(lián)部分斷路；
④根據(jù)電表的量程和分度值讀出示數(shù)，利用歐姆定律求出電阻；
⑤由表格數(shù)據(jù)可知，氧敏電阻隨氧氣濃度增大而增大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化和R₀兩端的電壓變化，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點可知R_x兩端的電壓變化，然后根據(jù)“氧氣濃度越高，電表示數(shù)越大”確定電壓表的位置；
（2）①探究電流與電阻關(guān)系時，要保持電壓一定，分析表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
②根據(jù)滑動變阻器分壓和串聯(lián)電路電流相等特點分析解答．

解答 解：（1）①按電路圖連接實物，滑動變阻器按“一上一下“原則，且接左下接線柱，電路連接如圖所示：

②開關(guān)閉合前，保護電路的滑動變阻器的滑片處于最大阻值處的B端；
③電壓表與開關(guān)兩端的接線柱并聯(lián)時示數(shù)為6V說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，且電壓表是完好的，電壓表分別與導線①的兩端、導線②的兩端并聯(lián)，示數(shù)都為0，說明電路斷路部位是開關(guān)斷路，D選項符合；
④由圖乙可知，電流表的量程為0～3A，分度值為0.1A，示數(shù)為1.5A，
電壓表的量程為0～15V，分度值為0.5V，示數(shù)為4.5V，
則氧氣濃度為0時，R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V}{1.5A}$=3Ω；
⑤由表格數(shù)據(jù)可知，氧敏電阻隨氧氣濃度增大而增大，則氧氣濃度越高，電路中的總電阻越大，
由I=$\frac{U}{R}$可知，電路中電流表的示數(shù)越小，R₀兩端的電壓越小，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R_x兩端的電壓越大，
要想實現(xiàn)“氧氣濃度越高，電表示數(shù)越大”，應選用電壓表與R_x并聯(lián)．
（2）①當接入電阻R₂=10Ω時，電路中的電流為I₂=0.3A，此時滑動變阻器接入的阻值為R=$\frac{U-{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{6V-3V}{0.3A}$=10Ω，
將R₂換為R₃=15Ω時，滑動變阻器滑片位置不動，此時電流中的電流為I=$\frac{U}{R+{R}_{3}}$=$\frac{6V}{10Ω+15Ω}$=0.24A，故第3次實驗時，沒有移動滑片就讀電流表示數(shù)了，由于電壓一定時，導體中的電流與其電阻成反比，故應該為0.2A；
②糾正錯誤以后，該小組用30Ω的電阻替換15Ω的電阻進行了第4次實驗，
當R₄=30時，由于保持電阻兩點電壓為U_R=3V不變，則滑動變阻器兩端分的電壓為U′=U-U_R=6V-3V=3V，
此時電流為I_R=I′=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{4}}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，則滑動變阻器需要接入的阻值為：R′=$\frac{{U}^{′}}{{I}^{′}}$=$\frac{3V}{0.1A}$=30Ω＞20Ω，此時滑動變阻器的阻值不能滿足要求，故應換用以更大阻值的變阻器，故選B．
故答案為：（1）①如上圖所示；②B；③D；④3；⑤R_x；（2）①3；未移動滑動變阻器；②B．

點評 本題考查了實物電路圖的連接和實驗的注意事項、電路故障的判斷、電表的讀數(shù)、歐姆定律的應用、描點法作圖、電路的動態(tài)分析等，要注意根據(jù)電源的電壓確定電壓表的量程，根據(jù)電路中的最大電路確定電流表的量程．