Question

2．小明和同學(xué)利用電壓表和電流表測量電阻R₁的阻值（約9Ω左右），電源選用兩節(jié)干電池．

（1）按圖1甲電路，將圖1乙中電流表正確連入電路．
（2）該同學(xué)檢查電路連接正確，合上開關(guān)，可是無論怎樣移動滑片，電壓表示數(shù)總為3V不變，你認(rèn)為發(fā)生故障的原因可能是R₁斷路或R₂短路．
（3）清除故障后，將滑片P向左滑動時，當(dāng)P滑到某一位置時，兩表讀數(shù)如圖1丙所示，由此可知R₁=10Ω．小明認(rèn)為這個結(jié)果不可靠，理由是沒有多次測量求平均值．
（4）老師告訴小明他們，利用一個電流表（或電壓表）和一個阻值已知的定值電阻也能測出待測電阻的阻值．小明所在的學(xué)習(xí)小組設(shè)計如圖2所示的四種電路，電阻R₀的阻值已知，電源電壓未知且保持不變，經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn)有一個電路不能測出R_x的電阻．不能測出R_x阻值的電路是B，理由是S接1時和S接2時電壓表V的正負(fù)接線柱會連接錯誤．．

Answer 1

分析 （1）本實驗中電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$判斷電流表量程；
（2）電壓表示數(shù)總為3V不變，說明電壓表測量的是電源兩端的電壓，尋找可能的原因；
（3）在測量電阻的實驗中，應(yīng)通過滑動變阻器改變電路中的電流，多次測量求平均值，以減小實驗的誤差，因為導(dǎo)體的電阻與電流和電壓無關(guān)；
（4）利用電壓表和電流表，結(jié)合串、并聯(lián)電路電流和電壓特點以及歐姆定律，直接或間接得出被測電阻兩端的電壓和電流，根據(jù)R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$求出電阻，并且要注意電表正負(fù)接線柱的連接．

解答 解：
（1）測電阻的實驗電流表應(yīng)串聯(lián)在電流中，電源由兩節(jié)干電池組成，電源電壓為3V，電路中最大電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{9Ω}$≈0.33A，所以電流表應(yīng)使用0-0.6A量程，電路連接如圖所示：
；

（2）移動滑片，電壓表總示數(shù)為3V，說明電壓表測的是電源電壓，原因可能是R₁處斷路或R₂處短路；
（3）由圖1可知電壓表量程為0～3V，其分度值為0.1V，由圖丙所示電壓表示數(shù)為2V；
電流表量程選0～0.6A，由圖2所示電流表可知，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，
由I=$\frac{U}{R}$可得電阻阻值：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω；
因為只進(jìn)行了一次實驗，只測出了一組實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)一次實驗得出的結(jié)論不可靠，應(yīng)多次測量求平均值，以減小實驗的誤差．
（4）由圖A，S斷開時電流表測R₀的電流，當(dāng)S閉合電流測兩電阻并聯(lián)的總電流，所以U_x=U₀=I₀R₀，I_x=I_總-I₀，則可以根據(jù)R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$求出電阻；
由圖B，S分別接1和2時，電壓表的正負(fù)接線柱接反了，故不合理；
由圖C，兩電阻并聯(lián)，電流表分別測兩電阻電流，所以U_x=U₀=I₀R₀，則可以根據(jù)R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$求出電阻；
由圖D，兩電阻串聯(lián)，只有S₁閉合時電壓表測R₀兩端電壓，只有S₂閉合時電壓表測總電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點可求得R_x兩端電壓，由I=$\frac{U}{R}$，通過計算R₀的電流得到R_x電流，
根據(jù)R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$求出電阻；
故不能測出R_x阻值的電路是B圖，
故答案為：（1）見上圖；（2）R₁斷路；R₂短路；（3）10；沒有多次測量求平均值；（4）B；S接1時和S接2時電壓表V的正負(fù)接線柱會連接錯誤．

點評 考查伏安法測電阻的探究實驗，實物連接、電路故障判斷是我們在實驗中常遇到的問題，因此在實驗課上我們要邊實驗邊思考，將所學(xué)的理論與實際結(jié)合起來，鍛煉我們解決實際問題的能力．注意伏安法測電阻的原理為歐姆定律的使用，一定要直接或間接測出電阻兩端的電壓和通過電阻的電流為目的，然后可由歐姆定律求得電阻的阻值．