Question

4．小慧用如图甲所示的电路探究“通过导体的电流与导体两端电压的关系”．
（1）请用笔画线代替导线，将甲图中的电路连接完整．
（2）如表是她通过实验得到的几组数据，其中第5组有明显错误，原因是电流表量程弄错了．

数据序号	1	2	3	4	5	6
电压U/V	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0	2.4
电流I/A	0.08	0.16	0.24	0.32	2.00	0.48

（3）实验中，她所选择的变阻器是C．（选填字母）
A.10Ω 0.5A    B.20Ω 1A    C.50Ω 1A    D.50Ω 0.5A
（4）实验过程中，发现电流表的示数几乎为零，电压表的示数接近3V．导线及连接处完好，则电路发生故障的原因是定值电阻断路．
（5）老师接下来让同学们用如图乙所示的电路测量未知电阻R_x的阻值．器材有一个电源（电压未知且恒定不变），一个量程合适的电流表，一个最大阻值为R₀的滑动变阻器．请你写出简要的操作步骤及需要测量的物理量把滑动变阻器的滑片P移到a端，读出电流表的示数为I₁；再把滑动变阻器的滑片移到b端，读出电流表的示数为I₂．并用测量的物理量写出R_x的数学表达式：R_x=R_x=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）在根据电路图连接电路过程中，要特别注意电流表的位置、接法、量程选择和电流方向；滑动变阻器采用“一上一下”的接法与定值电阻串联．
（2）对电流表读数时，要先确定其量程与分度值，然后再读数．
（3）根据表中数据可知实验中的最小电流，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出滑动变阻器的阻值即可确定滑动变阻器的规格．
（4）电流表无示数，说明电路某处断路；电压表示数等于电源电压，说明电压表与电源连通，据此判断电路故障所在．
（5）根据滑动变阻器接入电路的阻值为0和最大时读出电流表的示数，然后根据欧姆定律和串联电路电压规律即可求出被测电阻的阻值．

解答 解：（1）将开关的右接线柱与电流表“0.6”接线柱相连，如下图所示：

（2）由表中实验数据可知，数据2A错误，这是由于读数时没有注意观察电流表量程造成的，电流表大量程是小量程的5倍，指针指在相同位置时，大量程是小量程的5倍，实验时使用的是小量程，电流表示数应该是0.4A，但读数时按大量程读数，造成了错误．
（3）实验中的最小电流I=0.08A，此时滑动变阻器连入阻值最大，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，滑动变阻器两端的电压：
U_滑=U-U_R=3V-0.4V=2.6V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑动变阻器接入电路中的电阻：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.6V}{0.08A}$=32.5Ω，故AB错误；
由于D选项中的滑动变阻器允许通过的最大电流较小，因此选择50Ω 1A的滑动变阻器，故选C；
（4）电流表无示数，说明电路某处断路；电压表示数等于电源电压，说明电压表与电源连通，因此电路故障为定值电阻断路；
（5）把滑动变阻器的滑片P移到a端，读出电流表的示数为I₁；再把滑动变阻器的滑片移到b端，读出电流表的示数为I₂；
因为电源电压不变，因此I₁R_x=I₂（R_x+R₀），则R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．
故答案为：（2）电流表量程弄错了；（3）C；（4）定值电阻断路；（5）把滑动变阻器的滑片P移到a端，读出电流表的示数为I₁；再把滑动变阻器的滑片移到b端，读出电流表的示数为I₂；R_x=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、故障分析、电表读数、欧姆定律的应用以及实验步骤设计等问题，难度较大，但需认真、细心分析．