Question

10．某同學根據如圖甲所示電路完成“伏安法測量定值電阻”的實驗．
（1）根供圖甲，將圖乙中的實物電路連接充整．
（2）正確連接電路后，閉合開關．①若發現電流表和電壓表的示數都很大，這說明小華在實驗操作上存在的問題是未將滑動變阻器的滑片移至最大阻值處；②若電壓表示數約為3V，但無論怎樣移動變阻器滑片，電流表示數始終為0，則電路中出現的故障可能是電阻斷路；
（3）排除以上故障后，調節滑動變阻器，把測量的幾組數據描成如圖丙所示的圖象，則該電阻的阻值R=
3Ω；
（4）若將圖乙中的電阻R換成一個額定電壓為3.8V、阻值約為10Ω的小燈泡，若要測出該小燈泡的額定功率，則原實驗電路中必須改變的是C；
A、電源電壓B、電壓表量程C、電源電壓和電壓表量程
（5）完成上述實驗后，小明還想測量一段電爐絲的電阻R_x，可是在連接電路時，發現電流表和滑動變阻器都已損壞．于是小明就利用剛才已測得的定值電阻R，重新設計并連接了如圖丁所示的電路，電源電壓未知且恒定不變．請把下列實驗步驟補充完整：
步驟1：只閉合開關S₁，記下電壓表的示數為U₁；
步驟2：閉合開關S₁、S₂，記下電壓表的示數為U₂．電阻表達式（用物理量的符號表示）：R_x的表達式為$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）電壓表與燈泡并聯，根據電源電壓來判斷電壓表的量程；滑動變阻器要接一上一下，其接法要與電路圖一致；
（2）①在閉合開關前，應將滑片移至最大阻值處，否則電路中的電流和電阻兩端的電壓會很大；
②掌握斷路的特點，電路中無電流，斷開處的電壓等于電源電壓；
（3）根據圖象確定一組對應的電流和電壓值，根據R=$\frac{U}{I}$計算出電阻；
（4）若換用額定電壓為3.8V的燈泡，應考慮電源電壓及電壓表的量程是否合適；
（5）根據電源電壓不變的特點，結合串聯電路電流、電壓的規律進行分析；

解答 解：（1）電壓表與電阻并聯，因為電源由2節干電池組成，所以可選擇0～3V的量程；由電路圖知，滑片向左移動，電阻減小，所以滑動變阻器應接下面的A接線柱，如圖所示：

（2）電流表和電壓表的示數都很大，說明電路中的電阻很小，滑動變阻器的滑片未移至最大阻值處；電流表示數始終為0，說明電路中發生斷路，電壓表示數約為3V，說明與電壓表并聯的電阻發生斷路；
（3）由圖丙知，電流和電壓成正比，說明電阻不變，當電壓為0.6V時，電流為0.2A，所以R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.6V}{0.2A}$=3Ω；
（4）若將圖乙中的電阻R換成一個額定電壓為3.8V，則應該增加電源電壓，并將電壓表改接大量程；
（5）由電路圖可知，步驟1：只閉合開關S₁，記下電壓表的示數為U₁；步驟2：閉合開關S₁、S₂，記下電壓表的示數為U₂；
因串聯電路中總電壓等于各分電壓之和，所以，R兩端的電壓U_R=U₂-U₁，因串聯電路中各處的電流相等，所以電路中的電流：I=$\frac{{U}_{X}}{{R}_{X}}$=$\frac{{U}_{R}}{R}$，即$\frac{{U}_{1}}{{R}_{X}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，解得：R_x=$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$；
故答案為：（1）見上圖；（2）未將滑動變阻器的滑片移至最大阻值處；電阻斷路；（3）3；（4）C；（5）閉合開關S₁、S₂，記下電壓表的示數為U₂；$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$；

點評 此題是“伏安法測量定值電阻”的實驗，考查了電壓表、滑動變阻器的連接，電路問題的分析，同時考查了電阻的計算，注意從圖象獲取對用的電壓和電流值．最后一問是此題的難點，關鍵是用到電源電壓不變，還涉及到了串聯電路電流、電壓的特點及短路的知識．