Question

5．要測(cè)量一個(gè)阻值約為幾百歐的電阻R_x．實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：電源（電壓為3V）、學(xué)生用電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、學(xué)生用電壓表（量程為0～3V、0～15V）、滑動(dòng)變阻器R₁和電阻箱R₂（0～9999Ω  5A）各一個(gè)，開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線(xiàn)若干．
（1）小明用伏安法測(cè)量該電阻，如圖是小明連接的電路．接通電路后，觀察到電流表指針不偏轉(zhuǎn)，示數(shù)為零，電壓表示數(shù)為2V．請(qǐng)你判斷：
電路中哪一個(gè)元件發(fā)生了什么故障？答：電流表短路；
（2）在排除故障換用新元件后，經(jīng)檢查電路完好．閉合開(kāi)關(guān)，逐漸減小滑動(dòng)變阻器的接入電阻至最小，電壓表有示數(shù)，但電流表的指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，電流太小的原因是待測(cè)電阻阻值太大．所以按小明所選的器材不能用伏安法測(cè)出該電阻的值．
（3）請(qǐng)你幫助小明在實(shí)驗(yàn)室所提供的器材中選擇合適的器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)出該電阻的值．
（a）在虛線(xiàn)方框中畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖；
（b）實(shí)驗(yàn)步驟：按圖連接好電路；閉合S₁調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表顯示合適的值；斷開(kāi)S₁閉合S₂，保持滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表示數(shù)與閉合S₁時(shí)相同；讀出電阻箱的阻值R．
（c）寫(xiě)出待測(cè)電阻R_x的表達(dá)式：R_x=R．

Answer 1

分析 （1）常見(jiàn)電路故障有斷路與短路，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（2）根據(jù)歐姆定律，在電壓不變的情況下，若電路的電阻增大，則電路中的電流減小，若電阻值很大，則電路中的電流會(huì)很�。�若電流值小于電流表的分度值時(shí)，將無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)出電流值．
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖可知，實(shí)驗(yàn)時(shí)有電壓表，沒(méi)有電流表，可根據(jù)并聯(lián)電路各支路兩端的電壓特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即：連接好電路圖后，用電壓表測(cè)出待測(cè)電阻兩端電壓，再將開(kāi)關(guān)與電阻箱連接并調(diào)節(jié)電阻箱的阻值使電壓表的示數(shù)不變，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓相等和歐姆定律可知待測(cè)電阻的阻值與電阻箱的阻值相等；據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟．

解答 解：（1）接通電路，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，示數(shù)為零，而電壓表示數(shù)為2V，說(shuō)明電流表被短路．
（2）由于電源電壓為3V，而電阻Rx的阻值大約為幾百歐，根據(jù)歐姆定律電路中的電流太小．
（3）（a）可以應(yīng)用等效法測(cè)待測(cè)電阻阻值，待測(cè)電阻與電阻箱并聯(lián)，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：

（b）實(shí)驗(yàn)步驟：按圖連接好電路；閉合S₁調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表顯示合適的值；斷開(kāi)S₁閉合S₂，保持滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表示數(shù)與閉合S₁時(shí)相同；讀出電阻箱的阻值R．
（c）寫(xiě)出待測(cè)電阻R_x的表達(dá)式：R_x=R．
故答案為：（1）電流表短路；（2）待測(cè)電阻阻值太大；（3）（a）如圖所示；（b）保持滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表示數(shù)與閉合S₁時(shí)相同；（c）R_x=R．

點(diǎn)評(píng) 本題的難點(diǎn)較多，一是電流表量程的選取，二是故障原因的判斷，三是沒(méi)有電壓表測(cè)電阻的方法：根據(jù)并聯(lián)電路各支路兩端的電壓相等這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，著重體現(xiàn)了等效替代法在實(shí)驗(yàn)中的具體應(yīng)用．