Question

16．某同學(xué)在測(cè)量電阻R_x的阻值時(shí)采用了如圖甲電路：（整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電源電壓保持不變）

（1）根據(jù)圖甲所示電路圖，請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線把實(shí)物圖乙連接完整．
（2）該實(shí)驗(yàn)的原理是R=$\frac{U}{I}$由甲圖可知，閉合開(kāi)關(guān)后，若將滑動(dòng)片P向左移動(dòng)，電流表示數(shù)將變大（選填“變大”或“變小”）．
（3）圖丙是某次測(cè)量時(shí)電表刻度盤(pán)的示數(shù)，則此時(shí)電壓表示數(shù)是2.4V；電流表示數(shù)是0.24A；由此知R_x的測(cè)量值是10Ω．
（4）若將上述測(cè)出的R_x作為定值電阻，再提供一個(gè)酒精氣敏電阻（用符號(hào)R表示，其電阻值隨酒精氣濃度增大而減小），一塊電壓表，一節(jié)干電池，一個(gè)開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線，請(qǐng)根據(jù)上述器材設(shè)計(jì)出交通警察使用的呼氣式酒精濃度檢測(cè)儀的電路原理圖，并畫(huà)在答題卡對(duì)應(yīng)位置的方框中．要求檢測(cè)時(shí)駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大，測(cè)試儀中電壓表的示數(shù)越大．
（5）同組的小明想測(cè)量另一個(gè)未知電阻R_x的阻值，但發(fā)現(xiàn)電壓表已經(jīng)損壞．小華幫他設(shè)計(jì)了如圖丁所示電路（R為已知阻值的定值電阻），并設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)幫助他把缺少的步驟補(bǔ)全，并寫(xiě)出R_x的表達(dá)式．
實(shí)驗(yàn)步驟：A．按照設(shè)計(jì)的電路圖連接電路；
B．S斷開(kāi)時(shí)，讀出電流表的示數(shù)記錄為I₁；
C．S閉合時(shí)，讀出電流表的示數(shù)記錄為I₂
表達(dá)式：R_x=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．（用已知物理量和測(cè)量出的物理量的符號(hào)表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，可采用“電流流向法”，從電源的正極出發(fā)，按照電流的流向，先串主電路，再將電壓表并在待測(cè)電阻的兩端；連接滑動(dòng)變阻器時(shí)，要“一上一下”的原則接線；
（2）伏安法測(cè)電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；根據(jù)滑片移動(dòng)的方向確定滑動(dòng)變阻器接入電路阻值的變化，然后根據(jù)歐姆定律可知電流表示數(shù)的變化；
（3）根據(jù)圖丙中電壓表和電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表和電流表的示數(shù)，最后根據(jù)伏安法測(cè)電阻的原理計(jì)算出被測(cè)電阻的阻值；
（4）使定值電阻與氣敏電阻串聯(lián)，開(kāi)關(guān)控制整個(gè)電路，根據(jù)氣敏電阻值隨酒精氣濃度增大而減小以及串聯(lián)電路分壓的特點(diǎn)確定電壓表測(cè)量的對(duì)象；
（5）由圖丁可知：在沒(méi)有電壓表時(shí)，定值電阻與待測(cè)電阻串聯(lián)，則利用電源電壓不變，根據(jù)電流表和定值電阻的示數(shù)利用U=IR得出電源電壓的表達(dá)式，然后組成等式解之．

解答 解：（1）因?yàn)殡娫措妷簽?V，所以電壓表量程選擇0～3V；根據(jù)圖丙可知，電流表選擇0～0.6A；
從電源正極出發(fā)，依次將電流表、被測(cè)電阻、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)串聯(lián)起來(lái)，再將電壓表并聯(lián)在被測(cè)電阻的兩端，滑動(dòng)變阻器注意“一上一下”原則接線；如下圖所示：

（2）伏安法測(cè)電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；
閉合開(kāi)關(guān)后，將滑動(dòng)片P向左移動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，電路中的總電阻變小，由歐姆定律可知，電路中的電流變大，即電流表的示數(shù)變大；
（3）根據(jù)圖丙可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.4V；
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A；
被測(cè)電阻的阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.4V}{0.24A}$=10Ω；
（4）根據(jù)題意可知，要檢測(cè)駕駛員呼出的酒精氣體濃度較大，可使定值電阻與氣敏電阻串聯(lián)，而氣敏電阻值隨酒精氣濃度增大而減小，即酒精氣的濃度越大時(shí)，氣敏電阻的阻值越小，根據(jù)串聯(lián)電路分壓特點(diǎn)可知，電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端，開(kāi)關(guān)控制整個(gè)電路，如下圖所示：

（5）由圖丁可知：S斷開(kāi)時(shí)，定值電阻與待測(cè)電阻串聯(lián)，電流表測(cè)量串聯(lián)時(shí)的電流；由電阻的串聯(lián)可知：R_串=R_L+R；
由歐姆定律可得：U=I₁（R_x+R）；
S閉合時(shí)，只有待測(cè)電阻連入電路，電流表測(cè)量通過(guò)待測(cè)電阻的電流；
則步驟C應(yīng)為：S閉合時(shí)，讀出電流表示數(shù)記錄為I₂；
由歐姆定律得：U=I₂R_x，
即I₁（R_x+R）=I₂R_x
故R_x=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
故答案為：（2）R=$\frac{U}{I}$；變大；（3）2.4；0.24；10；（5）S閉合時(shí)，讀出電流表示數(shù)記錄為I₂；$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物圖的連接、伏安法測(cè)兩電阻的原理、滑動(dòng)變阻器的使用、電流表和電壓表的讀數(shù)、歐姆定律的應(yīng)用、電路圖的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)等內(nèi)容，關(guān)鍵明確伏安法測(cè)電阻的原理．