Question

7．小明用如圖甲所示電路探究“電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓3V，滑動(dòng)變阻器的阻值范圍“0～15Ω”．三個(gè)定值電阻R阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω．

（1）幫小明補(bǔ)畫導(dǎo)線，使圖甲成完整電路．
（2）閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑片，發(fā)現(xiàn)電流表沒有示數(shù)，電壓表有明顯的示數(shù)，則發(fā)生故障的原因可能是定值電阻R斷路．
（3）排除故障后，小明繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他在讀取完電流表示數(shù)后，直接拆下阻值為5Ω的電阻并改換成10Ω的電阻，他認(rèn)為這樣操作簡(jiǎn)單方便，那么：
①請(qǐng)指出他在操作中的錯(cuò)誤：沒有斷開開關(guān)．
②正確操作后，將滑動(dòng)變阻器的滑片往上次實(shí)驗(yàn)位置的左方（選填“左”或“右”）移動(dòng)．
（4）接入5Ω的電阻時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為1.2V，當(dāng)接入15Ω的電阻后，不管如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，都不能使電壓表的示數(shù)與原來(lái)相同，若要完成實(shí)驗(yàn)，下列做法可行的是C．
    A．改變電壓表的量程；
    B．接入15Ω的電阻，無(wú)法完成，略去不做，前兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)照樣可以得出結(jié)論；
    C．第一次接入5Ω的電阻時(shí)，使電壓表的示數(shù)為2V；
    D．換用最大阻值為20Ω的滑動(dòng)變阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（5）要測(cè)量未知電阻R_x（阻值約為150Ω）的阻值，小紅直接利用圖甲電路，把電阻R換為R_x后發(fā)現(xiàn)這種方法不能較準(zhǔn)確測(cè)出R_x的阻值，理由是電流太小不能準(zhǔn)確測(cè)量．
除了以上器材外，小紅身邊僅有一個(gè)最大阻值范圍為“0～100Ω”的滑動(dòng)變阻器，她思考后，修改了電路圖，并且只操作一步就測(cè)出R_x的阻值．
實(shí)驗(yàn)操作將滑片滑至阻值最大處閉合開關(guān)讀出電壓表示數(shù)U_X（用字母表示測(cè)出的物理量），可測(cè)出R_x=$\frac{100Ω{U}_{X}}{3V-{U}_{X}}$．

Answer 1

分析 （1）電流表應(yīng)選擇合適的量程，并且要串聯(lián)在電路中；
（2）電路的故障要么是短路、要么是斷路．閉合開關(guān)移動(dòng)滑片時(shí)，電壓表有明顯的示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源之間的電路連接完好，而電流表沒有示數(shù)，則說(shuō)明電阻處出現(xiàn)斷路；
（3）①在換電阻時(shí)，應(yīng)斷開開關(guān)再更換電阻，以防燒壞電路；
②在開關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器應(yīng)滑至阻值最大處；
（4）電壓表和電流表讀數(shù)：確定使用的量程，確定每一個(gè)大格和每一個(gè)小格各代表多少，再觀察指針的位置讀出示數(shù)；
探究“電流與電阻的關(guān)系”時(shí)，電壓保持不變，這是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，抓住這一點(diǎn)，然后再根據(jù)歐姆定律分析即可；
（5）電路中的電流，不能小于電流表的最小分度值．根據(jù)題目所給條件和歐姆定律設(shè)計(jì)電路圖即可解決電阻的測(cè)量．

解答 解：
（1）電流表應(yīng)該串聯(lián)在電路中，由于電路中的最大電流不會(huì)超過(guò)0.6A，所以選擇0-0.6A的量程，實(shí)物電路圖連接如下：

（2）由電路故障的原因和題中信息可知：電阻處出現(xiàn)斷路時(shí)，出現(xiàn)閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑片時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表沒有示數(shù)，電壓表有明顯的示數(shù)的現(xiàn)象；
（3）①在換電阻時(shí)，要先斷開開關(guān)，以防止損壞電路即電路元件；
②在開關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器應(yīng)滑至阻值最大處，因此要向左移動(dòng)滑片；
（4）電壓表選擇0～3V量程，每一個(gè)大格代表1V，每一個(gè)小格代表0.1V，則電壓表的示數(shù)為1.2V；
 A．無(wú)論怎樣改變電壓表的量程，電壓表總是測(cè)的是R兩端的電壓，不管如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，都不能使電壓表的示數(shù)為1.2V，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；
 B．此項(xiàng)的說(shuō)法違反了實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；
 C．第一次接入5Ω的電阻時(shí)，使電壓表的示數(shù)為2V，根據(jù)控制變量法，當(dāng)接入15Ω的電阻后，也應(yīng)保持它兩端的電壓為2V不變，此時(shí)電路中的電流為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{15Ω}$=$\frac{2}{15}$A，滑動(dòng)變阻器接入的阻值為R_滑=$\frac{{U}_{源}-U}{I}=\frac{3V-2V}{\frac{2}{15}A}=7.5Ω$，而7.5Ω小于滑動(dòng)變阻器的最大阻值15Ω，因此可以保證當(dāng)接入15Ω的電阻后，可使電壓表的示數(shù)與原來(lái)相同都為2V，故C選項(xiàng)正確；
 D．當(dāng)接入15Ω的電阻時(shí)，電路中的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{1.2V}{15Ω}=0.08A$，所以滑動(dòng)變阻器接入的最小阻值為${R}_{滑}=\frac{{U}_{源}-U}{I}=\frac{3V-1.2V}{0.08}=30Ω$，所以換用最大阻值為30Ω的滑動(dòng)變阻器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，才能滿足條件，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．
（5）由已知條件可知，未知電阻R_x的阻值約為150Ω，由I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的最大電流約為${I}_{最大=}\frac{{U}_{源}}{{R}_{X}}=\frac{3V}{150Ω}=0.02A$太小，剛剛達(dá)到電流表的分度值，所以不能用此方法測(cè)出該電阻的阻值；
根據(jù)題目意思，應(yīng)將待測(cè)電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在待測(cè)電阻兩端，小紅設(shè)計(jì)的電路圖如下：

操作過(guò)程：將滑片滑至阻值最大處閉合開關(guān)讀出電壓表示數(shù)U_X，
推算：電路中的電流I=$\frac{3V-{U}_{X}}{100Ω}$，則待測(cè)電阻的阻值Rx=$\frac{{U}_{X}}{I}$=$\frac{{U}_{X}}{\frac{3V-{U}_{X}}{100Ω}}$=$\frac{100Ω{U}_{X}}{3V-{U}_{X}}$．
故答案為：
（1）見上圖甲；
（2）定值電阻R斷路；
（3）①?zèng)]有斷開開關(guān)；②左；
（4）1.2；C；
（5）電流太小不能準(zhǔn)確測(cè)量；將滑片滑至阻值最大處閉合開關(guān)讀出電壓表示數(shù)U_X；$\frac{100Ω{U}_{X}}{3V-{U}_{X}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物圖的畫法和滑動(dòng)變阻器的正確使用，關(guān)鍵是控制變量法的應(yīng)用和知道實(shí)驗(yàn)探究的具體操作方法，要求學(xué)生平時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)多總結(jié)．