Question

19．在測量阻值約為5Ω的定值電阻Rx的實驗中，小明用如圖甲所示的器材進行實驗，電源電壓保持不變．
（1）如圖甲所示，在圖中用筆畫線代替導線，將實驗電路連接完整，要求滑動變阻器的滑片向右滑動時連入電路的電阻變�。�

（2）小明把最后一根導線連接完畢后，看到電壓表和電流表立即都有較大示數，他在實驗操作中的兩處錯誤是連接電路時開關沒有斷開和滑動變阻器滑片沒有位于最大阻值處；．
（3）在實驗中出現：電流表有示數，電壓表示數為0的現象，其故障可能是C
A．電流表的正、負接線柱接反      B．電壓表的量程選小了
C．電阻R_x發(fā)生了短路                     D．把滑動變阻器下端兩接線柱連入電路
（4）改正錯誤后，小明改變Rx兩端的電壓和電流．兩次測得的電阻值分別為R₁=5.1Ω，R₂=5.3Ω．第三次測量時，電壓表的示數為1.5V，電流表的示數如圖乙所示，則R₃=5.0Ω，實驗測得值應為R_x=5.1Ω．（結果保留一位小數）
（5）若將圖甲中的電阻換為小燈泡，當滑動變阻器接入電路的電阻變小時，電壓表與電流表示數的比值將變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（6）小紅在實驗室所提供的器材中選擇合適的器材，設計如下電路測出該電阻的值．如圖丙所示四個電路中，R₀為已知阻值的定值電阻，不能測出未知電阻Rx的電路是D

Answer 1

分析 （1）應用伏安法測量電阻，需要待測電阻、電流表、滑動變阻器、電源、開關用導線組成串聯電路，根據滑片向右滑動時接入電路電阻減小，確定滑動變阻器接線柱的連接；根據電源電壓確定電壓表量程，并且電壓表與定值電阻并聯測量兩端電壓；
（2）為保護電路，在連接電路時開關應斷開，滑片置于滑動變阻器阻值最大處；
（3）電流表有示數，說明電路為通路，電壓表示數為0，則可能與電壓表并聯的電阻R_x短路了；
（4）分清電流表量程及最小分度值，由圖讀出電流值，然后根據歐姆定律求電阻；求三次測量的平均值作為待測電阻的阻值；
（5）明確電壓表與電流表示數的比值即為燈的電阻．燈與變阻器串聯，根據分壓原理和串聯電路電壓的規(guī)律，確定當滑動變阻器接入電路的電阻變小時燈的電壓的變化及通過的電流變化，根據P=UI確定燈的功率的變化，由此判斷燈絲溫度的變化，根據燈絲電阻隨溫度的升高而增大作答；
（6）串聯電路的電流處處相等，并聯電路各支路電壓相等，用電壓表或電流表，直接或間接測量電壓和電流，根據歐姆定律求得R_x電阻．

解答 解：（1）滑動變阻器的滑片向右滑動時連入電路的電阻變小，即滑片以右電阻絲連入電路中，電源電壓為3V，電壓表選用小量程，與電阻并聯．實物連接如下圖所示：

（2）將最后一根導線連接完畢后，發(fā)現電流表和電壓表都有較大的示數，其原因可能是：在連接電路時，開關沒有斷開；滑動變阻器滑片沒有位于最大阻值處；
（3）在實驗中出現：電流表有示數，說明電路為通路，電壓表示數為0，則可能與電壓表的電阻R_x短路了，而導致電壓表與導線并聯了，選C；
（4）圖乙中電流表用小量程，分度值為0.02A，此時的示數為I=0.3A，
根據歐姆定律，此時電阻阻值為R₃=$\frac{{U}_{0}}{I}=\frac{1.5V}{0.3A}$=5.0Ω；
測量結果為R_x=$\frac{{R}_{1}{+R}_{2}{+R}_{3}}{3}=\frac{5.1Ω+5.3Ω+5.0Ω}{3}$≈5.1Ω；
（5）變阻器與燈串聯，當滑動變阻器接入電路的電阻變小時，根據壓原理，變阻器的電壓變小，由串聯電路電壓的規(guī)律，燈的電壓變大，通過燈的電流也變大，根據P=UI燈的實際功率變大，燈絲的溫度升高，燈絲的電阻變大，電壓表與電流表示數的比值即燈絲電阻變大；
（6）A、開關S閉合時，R₀短路，電壓表測量電源電壓；
開關S斷開時，電壓表測量R_x兩端的電壓；
根據串聯電路總電壓等于各分電壓之和，可求出R₀兩端的電壓，根據I=$\frac{U}{R}$求出通過R₀的電流；
根據串聯電路電流處處相等，通過R_x電流等于通過定值電阻電流I_x=I₀，根據R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$可求出R_x電阻；
B、由電路圖可知，當S斷開時，電路為R₀的簡單電路，電流表測R₀的電流，根據歐姆定律可求電源的電壓；
當開關S閉合時R₀、R_x并聯，電流表測總電流，R₀的電壓始終為電源電壓保持不變，由并聯電路電流特點可求得通過R_x的電流，并且R_x兩端電壓等于電源電壓，所以可以根據R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$可求出R_x阻值；
C、由電路圖可知，當開關S閉合時，電路為R₀的簡單電路，電流表測電路中的電流，根據歐姆定律求出電源的電壓；
當開關S斷開時兩電阻串聯，電流表測串聯電路的電流，根據歐姆定律求出電路的總電阻，再根據電阻的串聯可以求出R_x阻值；
D、開關S閉合時，R_x短路，電壓表測量電源電壓；開關S斷開時，電壓表測量電源電壓；所以無法得到電路中電流，所以不能計算出R_x的值．
所以，不能測出未知電阻R_x的電路是D圖．
故答案為：（1）實物連接如上圖所示；
（2）連接電路過程中開關沒有斷開；滑動變阻器滑片沒有位于最大阻值處；
（3）C；
（4）5.0；5.1；
（5）變大；
（6）D．

點評 本題測電阻的大小，考查電路的連接、實驗注意事項、故障的分析、電阻的計算、數據的處理、影響電阻大小的因素及設計實驗方案的能力，綜合性強，有一定難度．