Question

19．在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中由于電壓表、電流表內(nèi)阻的影響，使得測(cè)量結(jié)果總存在系統(tǒng)誤差．某校課外研究性學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了消除電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量影響的探究，利用如圖所示的電路  測(cè)定電阻R_x的值．器材有：電源，適當(dāng)量程的電流表、電壓表各一只、滑線變阻器R、電阻箱R_P、開(kāi)關(guān)S₁、S₂、導(dǎo)線若干．他設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示．

（1）請(qǐng)你幫他按電路原理圖在實(shí)物圖（b）上連線；
（2）其主要操作過(guò)程是：
第一步：將電鍵S₂斷開(kāi)，電鍵S₁閉合，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R和電阻箱R_P，使電壓表、電流表讀數(shù)合理，讀出這時(shí)的電壓表的示數(shù)U₁和電流表的示數(shù)I₁；
第二步：將電鍵S₂閉合，保持 R_P阻值不變，調(diào)節(jié)R阻值，使電壓表和電流表有較大的讀數(shù)，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)U₂和電流表的示數(shù)I₂；由以上記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算出被測(cè)電阻的表達(dá)式為R_x=$\frac{{U}_{1}{U}_{2}}{{U}_{1}{I}_{2}-{U}_{2}{I}_{1}}$（用電表的讀數(shù)表示）；
（3）此探究實(shí)驗(yàn)中，被測(cè)電阻的測(cè)量值等于真實(shí)值（選填“大于、小于或等于”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連線實(shí)物圖即可；
（2）關(guān)鍵是寫(xiě)出兩種情況下表達(dá)式，然后解出待測(cè)電阻表達(dá)式即可；
（3）關(guān)鍵是將電壓表內(nèi)阻考慮在內(nèi)，根據(jù)串并聯(lián)規(guī)律列出相應(yīng)的表達(dá)式，然后解出待測(cè)電阻阻值，再比較即可

解答 解：（1）根據(jù)給出的原理圖得出對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖如圖所示；

（2）電鍵S₂斷開(kāi)，電鍵S₁閉合，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R和電阻箱R_P，此時(shí)讀出這時(shí)的電壓表的示數(shù)U₁和電流表的示數(shù)I₁為電阻箱兩端的電壓和電流；解得R_P=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$
將電鍵S₂閉合，保持 R_P阻值不變，調(diào)節(jié)R阻值，使電壓表和電流表有較大的讀數(shù)，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)U₂和電流表的示數(shù)I₂；此時(shí)電流為流過(guò)電阻箱和待測(cè)電阻的電流；則有：當(dāng)${s}_{1}^{\;}$閉合${s}_{2}^{\;}$斷開(kāi)時(shí)，應(yīng)有：${U}_{1}^{\;}{{=I}_{1}^{\;}R}_{p}^{\;}$，
閉合${s}_{2}^{\;}$時(shí)應(yīng)有：$\frac{{U}_{2}^{\;}}{{R}_{p}^{\;}}+\frac{{U}_{2}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}{=I}_{2}^{\;}$，
聯(lián)立以上兩式解得：${R}_{x}^{\;}$=$\frac{{{{U}_{1}^{\;}U}_{2}^{\;}}_{\;}^{\;}}{{{I}_{2}^{\;}U}_{1}^{\;}{{-I}_{1}^{\;}U}_{2}^{\;}}$；
③：若電表不是理想電表，分別應(yīng)有：$\frac{{U}_{1}^{\;}}{{R}_{p}^{\;}}{+\frac{{U}_{1}^{\;}}{{R}_{V}^{\;}}}_{\;}^{\;}{=I}_{1}^{\;}$和$\frac{{U}_{2}^{\;}}{{R}_{V}^{\;}}+\frac{{U}_{2}^{\;}}{{R}_{p}^{\;}}+\frac{{U}_{2}^{\;}}{{R}_{x}^{\;}}{=I}_{2}^{\;}$
可將電壓表內(nèi)阻與電阻箱電阻看做一個(gè)整體，可解得：${R}_{x}^{\;}=\frac{{{U}_{1}^{\;}U}_{2}^{\;}}{{{I}_{2}^{\;}U}_{1}^{\;}{-I}_{1}^{\;}{U}_{2}^{\;}}$，
比較可知，電表不是理想電表，測(cè)量值也等于真實(shí)值．
故答案為：（1）如圖所示；（2）$\frac{{{{U}_{1}^{\;}U}_{2}^{\;}}_{\;}^{\;}}{{{I}_{2}^{\;}U}_{1}^{\;}{{-I}_{1}^{\;}U}_{2}^{\;}}$；（3）等于

點(diǎn)評(píng) 本題考查電阻的測(cè)量；應(yīng)明確：若考慮電表內(nèi)阻的影響時(shí)，只要將電表的內(nèi)阻考慮在內(nèi)，然后根據(jù)相應(yīng)的物理規(guī)律列出表達(dá)式，求解討論即可．