Question

1．如圖1、2有兩個(gè)電學(xué)黑箱甲、乙，內(nèi)部均為常見(jiàn)的電學(xué)元件，A、B、C、D、E、F均為其外接線柱．甲黑箱的外殼上有一個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕，控制箱內(nèi)開(kāi)關(guān)，還有一電流表表盤(pán)，連接內(nèi)部電流表，乙黑箱的外殼上有一可左右滑動(dòng)的滑片，連接箱內(nèi)滑動(dòng)變阻器；還有一電壓表表盤(pán)，連接內(nèi)部電壓表．其中甲黑箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)知道，如圖3所示，其中R₀為定值電阻，已知乙黑箱中存在1個(gè)電壓表，1個(gè)定值電阻，1個(gè)滑動(dòng)變阻器，但是不知道其內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)．當(dāng)分別連接表中的接線柱，閉合開(kāi)關(guān)，滑動(dòng)變阻器的滑片充分滑動(dòng)，記下電流表、電壓表示數(shù)，請(qǐng)根據(jù)表格中記錄的數(shù)據(jù)推測(cè)：

連接接線柱	電流表示數(shù)/A	電壓表示數(shù)/V
A連B	1.2	0
A連C，B連D	0	6
A連C，B連E	0	6
A連C，B連F	0	6
A連D，B連E	0.4	0
A連D，B連F	0.2-0.4	0
A連E，B連F	0.3-1.2	0

（1）黑箱甲中的電源電壓為6V；
（2）黑箱甲內(nèi)定值電阻R₀=5Ω；
（3）滑動(dòng)變阻器的最大阻值為15Ω；
（4）在圖4中畫(huà)出黑箱乙的內(nèi)部電路圖．

Answer 1

分析 （1）圖3實(shí)際為一探測(cè)器，AB間接入電壓表時(shí)（或電壓表和電阻串聯(lián)時(shí)），電壓表示數(shù)為電源電壓，因電壓表內(nèi)阻很大，電流表示數(shù)為0；
A連C，B連E，
A連C，B連F，
兩表示數(shù)均同A連C，B連D時(shí)的情況，
可推出CD間或CE間或CF間連有電壓表，
且電源電壓等于電壓表示數(shù)；
（2）根據(jù)將電學(xué)黑箱甲的AB連接，電流表示數(shù)，結(jié)合圖3，根據(jù)歐姆定律求R₀；
（3）根據(jù)A連D，B連E時(shí)，電流表示數(shù)為定值且小于1.2A，根據(jù)電壓一定時(shí)，電阻越大，電流越小和電阻的串聯(lián)規(guī)律，則可判斷DE間有定值電阻；
根據(jù)A連E，B連F，電流表示數(shù)變化范圍為0.3A-1.2A大于A連D，B連F時(shí)電流的示數(shù)變化范圍0.2A-0.4A，
根據(jù)電阻的串聯(lián)規(guī)律和在電壓不變時(shí)，電阻越大，電流越小，則可推出乙中的變阻器一定在EF之間；
當(dāng)A連E，B連F電表的示數(shù)，根據(jù)當(dāng)電流最小時(shí)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律可求乙箱中的變阻器的最大電阻；
最終確定電壓表連接的位置．
（4）根據(jù)分析畫(huà)出電路圖．

解答 解：（1）當(dāng)A連C，B連D，電壓表示數(shù)為6V，電流表示為0，
因當(dāng)A連C，B連E和A連C，B連F這兩種情況下，兩表示數(shù)均同A連C，B連D時(shí)的情況，即電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)為6V，故CD間或CE間或CF間連有電壓表；
故電源電壓為：
U=6V--------①；
（2）將電學(xué)黑箱甲的AB連接，電流表示數(shù)為I=1.2A，結(jié)合圖3，根據(jù)歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，定值電阻：
R₀=$\frac{U}{I}=\frac{U}{1.2A}$-------②；
由①②得，定值電阻R₀=5Ω；
（3）A連D，B連E，電流表示數(shù)為定值且小于1.2A，根據(jù)電阻的串聯(lián)規(guī)律和在電壓不變時(shí)，電阻越大，電流越小，則可判斷DE間有定值電阻，
 A連E，B連F，電流表示數(shù)變化范圍為0.3A-1.2A大于A連D，B連F時(shí)電流的示數(shù)變化范圍0.2A-0.4A，
則可推出乙中的變阻器一定在EF之間，ED之間接定值電阻；
 A連E，B連F，電流表示數(shù)變化范圍為0.3A-1.2A，當(dāng)變阻器最大電阻連入時(shí)，電表示數(shù)最小I_最小=0.3A，
此時(shí)電路的總電阻：
R_總2=$\frac{U}{{I}_{最小}}=\frac{6V}{0.3A}$=20Ω，
根據(jù)電阻的串聯(lián)規(guī)律，EF間變阻器的最大電阻：
R_滑大=20Ω-5Ω=15Ω；
故可確定故電壓表在CD間，
（4）根據(jù)上面的分析，黑箱乙的內(nèi)部電路圖如下所示：

故答案為：（1）6V；（2）5Ω；（3）15Ω；（4）如上所示．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了黑箱問(wèn)題，涉及到串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用以及探測(cè)器串聯(lián)定值電阻的作用，分析表格數(shù)據(jù)得出連接方式和位置是本題的關(guān)鍵．難度大，對(duì)學(xué)生的推理能力要求高．