Question

4．某些固體材料受到外力作用除了產(chǎn)生形變，其電阻率也要發(fā)生變化，這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”．現(xiàn)用如圖1所示的電路研究某長薄板電阻Rx的壓阻效應(yīng)，已知Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐，實驗室中有下列器材：
A．電源E（3V，內(nèi)阻約為1Ω）               
B．電流表A₁（0.6A，內(nèi)阻r₁=5Ω）
C．電流表A₂（0.6A，內(nèi)阻r₂約為1Ω）        
D．開關(guān)S，定值電阻R₀

（1）為了比較準確地測量電阻Rx的阻值，請完成虛線框內(nèi)電路圖的設(shè)計．
（2）在電阻R_x上加一個豎直向下的力F（設(shè)豎直向下為正方向），閉合開關(guān)S，記下電表讀數(shù)，A₁的讀數(shù)為I_l，A₂的讀數(shù)為I₂，得R_x=$\frac{{I}_{1}{r}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（用字母表示）．
（3）改變力的大小，得到不同的R_x值，然后讓力反向從下向上擠壓電阻，并改變力的大小，得到不同的R_x值．最后繪成的圖象如圖2所示，除觀察到電阻R_x的阻值隨壓力F的增大而均勻減小 外，還可以得到的結(jié)論是電阻與壓力的方向無關(guān)，當F豎直向下時，可得R_x與所受壓力F的數(shù)值關(guān)系是R_x=16-2F．
（4）定值電阻R₀的阻值應(yīng)該選用B
A．1Ω         B．5Ω         C．10Ω        D．20Ω

Answer 1

分析 （1）測電阻阻值應(yīng)測出電阻兩端電壓與通過電阻的電流，根據(jù)所給實驗器材與實驗原理作出實驗電路圖．
（2）根據(jù)實驗電路應(yīng)用并聯(lián)電路特點與歐姆定律求出電阻阻值．
（3）分析圖示圖象，根據(jù)圖象特點分析答題．
（4）由歐姆定律求出電路最小電阻，然后求出保護電阻的阻值，再選擇保護電阻．

解答 解：（1）由于題目中沒有電壓表，為了比較準確測量電阻R_x的阻值，由于知道電流表A₁的阻值，所以用電流表A₁的作為電壓表使用，電流表A₂連在干路上即可求出電阻R_x的阻值．電路圖如圖所示：

（2）根據(jù)串并聯(lián)和歐姆定律得：I₁r₁=（I₁-I₁）R_x，R_x=$\frac{{I}_{1}{r}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
（3）由圖2所示圖象可知，圖象具有對稱性，當正反向壓力大小相等時，對應(yīng)的電阻阻值相等，由此可知，電阻與壓力的方向無關(guān)；
從圖象上可以看出壓力方向改變，其阻值不變，其電阻與壓力關(guān)系為一次函數(shù)，由圖象可得：R_x=16-2F．
（4）電路最小總電阻為：R_最小=$\frac{E}{{I}_{2最大}}$=$\frac{3}{0.6}$=5Ω，則保護電阻阻值約為：R₀=R_最小-r=5-1=4Ω，因此定值電阻應(yīng)選擇：B．
故答案為：（1）電路圖如圖所示；（2）$\frac{{I}_{1}{r}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；（3）電阻與壓力的方向無關(guān)；16-2F；（4）B．

點評 伏安法測電阻原理時：用電壓表測出電阻兩端電壓，用電流表測出通過電阻的電流，然后由歐姆定律求出電阻阻值，當沒有電壓表而有已知內(nèi)阻的電流表時，可以把電流表與待測電阻并聯(lián)，利用并聯(lián)電路電壓特點與歐姆定律測電阻兩端電壓．