Question

4．實驗桌上提供了符合要求的電源一個，阻值未知的定值電阻1只，已調零的電流表和電壓表各1塊，開關1個，滑動變阻器一個，最大阻值為R（銘牌上標有“20Ω1A”），導線若干．用這些器材設計測量未知定值電阻的實驗探究，請你完成下列問題：
（1）下列問題中，不屬于可探究的科學問題是C．
A．改變通過電阻的電流，電阻的電功率會改變嗎？
B．改變導體兩端電壓，通過導體的電流會改變嗎？
C．應該倡導市民使用節能燈照明嗎？
D．導體產生的熱量跟通電時間有關嗎？
（2）在測量定值電阻的實驗中，璐璐選擇了滿足實驗要求的實驗器材，連接的實驗電路如圖所示，請你添加兩條導線將實驗電路補充完整；

（3）連接電路后閉合開關，發現電壓表無示數，電流表有示數，則電路中發生的故障可能是電阻R_x短路；
（4）排除故障后，璐璐調節滑動變阻器，當電壓表的示數為2.4V時，電流表的示數如圖乙所示，電阻的阻值5Ω．
（5）測出電阻后，璐璐認為實驗完成了，小妍則認為僅這樣就得出電阻的阻值不夠可靠，原因是：只做一次實驗，得到的數據誤差大．
（6）璐璐正準備繼續實驗，發現電流表已損壞．她利用電壓表和滑動變阻器對該電阻Rx再次測量．請你幫她將實驗步驟補充完整：
①按照所設計的電路圖連接好電路；
②將滑片移至最大阻值處，閉合開關，讀出電壓表的示數U₁；
③閉合開關S，調節滑動阻器的滑片P，使滑動變阻器阻值為零，測得電壓表示數為U₂．
④根據已知條件和測量結果，寫出此方法所測得的該電阻的表達式：Rx=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}-{U}_{1}}•R$（滑動變阻器最大阻值用R表示）．

Answer 1

分析 （1）科學問題是指能夠通過收集數據而回答的問題．一般而言，可以探究的科學問題描述的是兩個或多個變量之間的關系；
（2）在“伏安法測電阻”實驗中，需要待測電阻、電流表、滑動變阻器、電源、開關使用導線串聯組成電路，并且電壓表與待測電阻并聯測量電阻兩端電壓；
（3）電流表有示數，則應排除斷路，電壓表無示數，則說明與電壓表并聯的電路短路；
（4）先由圖乙讀出電流表示數，再利用公式R=$\frac{U}{I}$計算電阻的阻值；
（5）為減小誤差應多次測量求平均值；
（6）將電壓表與電阻并聯，分別使滑動變阻器的阻值最大和最小，讀出兩次的電壓表示數，根據變阻器阻值最大時的電壓求得電路中的電流，從而可求出被測電阻值

解答 解：（1）是否應該鼓勵市民使用節能燈照明這一問題也是節能減排的典型應用，故結論是肯定的，所以可探究性不大，故C符合題意；
（2）在“伏安法測電阻”實驗中，需要待測電阻、電流表、滑動變阻器、電源、開關使用導線串聯組成電路，由圖知，大部分用電器已經正確連接，由于電源電壓是3V，故電壓表用小量程，實物連接如下：

（3）連接電路后閉合開關，電流表有示數，說明電路是通路，電壓表無示數，說明未知電阻短路；
（4）由圖乙知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.2A，示數為0.48A，電流I=0.48A，則電阻的阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.4V}{0.48A}$=5Ω；
（5）只測一組數據，數據具有偶然性，誤差較大，應多測幾組數據求平均值；
（6）③閉合開關S，調節滑動阻器的滑片P，使滑動變阻器阻值為零，測得電壓表示數為U₂；
④將滑片移至最大阻值處，閉合開關，讀出電壓表的示數U₁；將滑片移至最小阻值處，讀出電壓表的示數U₂；
當滑片移至最大阻值處，變阻器兩端的電壓U_滑=U₂-U₁；則電路中的電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$；
待測電阻阻值為Rx=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{{U}_{1}}{\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}}$=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}-{U}_{1}}•R$；
故答案為：（1）C；（2）如上圖所示；（3）電阻Rx短路；（4）5；（5）只測一組數據，誤差較大；（6）③閉合開關S，調節滑動阻器的滑片P，使滑動變阻器阻值為零，測得電壓表示數為U₂；（6）④$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}-{U}_{1}}•R$；

點評 此題考查的是伏安法測電阻的實驗電路圖和實物連接、電流表、電壓表的讀數以及電阻的計算，屬于電學最重要的實驗，但考查的難度不大，容易解答．