Question

甲烷氣體（CH₄）無色、無臭，是沼氣的主要成份．甲烷氣體在空氣中的濃度在一定范圍內(nèi)，遇到明火會(huì)發(fā)生爆炸．由此，綜合實(shí)踐活動(dòng)小組的同學(xué)就甲烷氣體的濃度測量展開探究活動(dòng)．小組同學(xué)通過上網(wǎng)查詢，知道用二氧化錫制成的電阻阻值隨空氣中甲烷氣體濃度（甲烷氣體在空氣中的體積分?jǐn)?shù)）的增大而減�。�他們從物理實(shí)驗(yàn)室借來一只二氧化錫電阻R_x，并從產(chǎn)品說明書上獲取相關(guān)參數(shù)，如下表所示．

甲烷氣體濃度/%	0	20	40	60	80	100
Rx/Q	25	20	15	10	7	5

（1）請?jiān)趫D1中作出二氧化錫電阻阻值R_x與甲烷氣體濃度的關(guān)系圖象．

（2）小組同學(xué)利用電壓為6V的電源、阻值為15Ω的定值電阻R₀、量程為“0～0.6A，及“0～3A”的電流表和二氧化錫電阻R_x制作成甲烷氣體濃度檢測儀，其電路圖如圖2所示．當(dāng)甲烷氣體濃度增大時(shí)，電流表的示數(shù)將

變大

（變大/變小/不變）．為使測量更為準(zhǔn)確，電流表的量程應(yīng)選

0～0.6A

A．

（3）甲烷氣體濃度在5%～15%范圍內(nèi)，遇到明火會(huì)發(fā)生爆炸．如果某綠色農(nóng)場利用該甲烷氣體濃度檢測儀檢測沼氣池中甲烷氣體的濃度時(shí)，電流表的示數(shù)為0.16A．請求出該沼氣池中的甲烷氣體濃度大約是多少？說明遇到明火，是否會(huì)發(fā)生爆炸？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)描點(diǎn)法做出二氧化錫電阻阻值與甲烷氣體濃度的關(guān)系圖象；
（2）R_X與R₀串聯(lián)，二氧化錫制成的電阻阻值隨空氣中甲烷氣體濃度的增大而減小，電路電阻減小，電源電壓不變，根據(jù)歐姆定律可知電流的變化；已知電源電壓和R₀的阻值，利用歐姆定律可估測電流的大小，從而判斷出所選用的電流表的量程；
（3）根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)電路的總電阻，總電阻減去R₀的阻值，就是R_X的阻值，再對(duì)應(yīng)圖象查出甲烷氣體濃度，從而判斷出遇到明火，是否會(huì)發(fā)生爆炸．

解答：解：（1）二氧化錫電阻阻值與甲烷氣體濃度的關(guān)系圖象如下圖所示：

（2）R_X與R₀串聯(lián)，當(dāng)甲烷氣體濃度增大時(shí)，二氧化錫電阻阻值變小，電路中總電阻變小，電源電壓不變，根據(jù)歐姆定律可知，電路電流變大；
電壓為6V，阻值為15Ω的定值電阻R₀，電路電流一定小于I=

U

R0

=

6V

15Ω

=0.4A，所以電流表量程選0～0.6A；
（3）電路總電阻：
R=

U

I′

=

6V

0.16A

=37.5Ω，
∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴R_X′=R-R₀=37.5Ω-15Ω=22.5Ω
從圖象上可以看出當(dāng)R_x為22.5Ω時(shí)，甲烷的濃度約是10%，有明火會(huì)發(fā)生爆炸．
答：（1）如上圖所示；
（2）變大；0～0.6；
（3）該沼氣池中的甲烷氣體濃度大約是10%，遇到明火會(huì)發(fā)生爆炸．

點(diǎn)評(píng)：本題考查電阻、電流的計(jì)算和畫關(guān)系圖象，關(guān)鍵是歐姆定律的應(yīng)用，還要知道串聯(lián)電路電阻的規(guī)律和電流表量程選擇的方法以及從題目所給信息中找到有用的數(shù)據(jù)．