Question

甲烷气体（CH₄）无色、无臭，是沼气的主要成份．甲烷气体在空气中的浓度在一定范围内，遇到明火会发生爆炸．由此，阳湖中学综合实践活动小组的同学就甲烷气体的浓度测量展开探究活动．小组同学通过上网查询，知道用二氧化锡制成的电阻阻值随空气中甲烷气体浓度（甲烷气体在空气中的体积分数）的增大而减小．他们从物理实验室借来一只二氧化锡电阻R_x，并从产品说明书上获取相关参数，如表所示．

甲烷气体浓度/%	0	20	40	60	80	100
RX/Q	25	20	15	10	7	5

（1）请在图中作出二氧化锡电阻阻值R_x与甲烷气体浓度的关系图象．

（2）小组同学利用电压为6V的电源、阻值为15Ω的定值电阻R₀、量程为“0～0.6A，及“0～3A”的电流表和二氧化锡电阻R_x制作成甲烷气体浓度检测仪，其电路图如图所示．当甲烷气体浓度增大时，电流表的示数将

 

（变大/变小/不变）．为使读数更为准确，电流表的量程应选

 

A．

（3）甲烷气体浓度在5%～15%范围内，遇到明火会发生爆炸．如果某绿色农场利用该甲烷气体浓度检测仪检测沼气池中甲烷气体的浓度，当电流表的示数为0.16A时，请求出该沼气池中的甲烷气体浓度大约是多少？一旦遇到明火，是否会发生爆炸？

Answer 1

分析：（1）二氧化锡制成的电阻阻值随空气中甲烷气体浓度的增大而减小，但不会减小到0．
（2）R_X与R₀串联，二氧化锡制成的电阻阻值随空气中甲烷气体浓度的增大而减小，电路电阻减小，电源电压不变，根据欧姆定律可知电流的变化．已知电源电压和R₀的阻值，利用欧姆定律可估测电流的大小，从而判断出所选用的电流表的量程．
（3）根据欧姆定律求出此时电路的总电阻，总电阻减去R₀的阻值，就是R_X的阻值，再对应表格查出甲烷气体浓度，从而判断出遇到明火，是否会发生爆炸．

解答：解：（1）R_X随甲烷气体浓度的增加而减小，但电阻不会减小到0，如图：

（2）R_X与R₀串联，电路电阻减小，电源电压不变，根据欧姆定律可知，电路电流变大，
电压为6V，阻值为15Ω的定值电阻R₀，电路电流一定小于I=

U

R0

=

6V

15Ω

=0.4A，所以电流表量程选0～0.6A．
故答案为：变大；0～0.6．
（3）电路总电阻R=

U

I

=

6V

0.16A

=37.5Ω，R_X=R-R₀=37.5Ω-15Ω=22.5Ω
查表得：此时甲烷气体浓度为10%，遇到明火会发生爆炸．

点评：本题考查电阻、电流的计算和画关系图象，关键是欧姆定律的应用，还要知道串联电路电阻的规律和电流表量程选择的方法以及从题目所给信息中找到有用的数据．