Question

15．（1）小彬在物理實(shí)驗(yàn)室制作氧氣濃度探測(cè)器，過(guò)程如下：
小彬找來(lái)氧敏電阻R_x，其電阻值與空氣中氧氣濃度的關(guān)系如表格所示．其中，氧氣濃度為0時(shí)，氧敏電阻的阻值模糊不清，于是他對(duì)該電阻阻值進(jìn)行測(cè)量．

氧氣濃度/%	0	5	10	15	20	25	30
Rx/Ω		10	16	21	25	28	30

小彬設(shè)計(jì)了圖甲所示測(cè)量氧氣濃度為零時(shí)氧敏電阻阻值的電路，電源電壓恒為6V．如圖15乙在集氣瓶?jī)?nèi)裝有通過(guò)木炭燃燒制得氧氣濃度為零的空氣，再將R_x置于瓶?jī)?nèi)．

①請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，按照?qǐng)D甲，將圖乙的電路連接好；
②開(kāi)關(guān)閉合前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)移至B（A/B）端；
③閉合開(kāi)關(guān)S，發(fā)現(xiàn)圖乙中電流表、電壓表示數(shù)均為0．小彬取下電壓表，將電壓表分別與導(dǎo)線①的兩端、導(dǎo)線②的兩端并聯(lián)，示數(shù)都為0；將電壓表與滑動(dòng)變阻器B、D兩端并聯(lián)，示數(shù)也為0；將電壓表與開(kāi)關(guān)兩端的接線柱并聯(lián)，示數(shù)為6V．若電路只有一處故障，則電路故障為D
A．導(dǎo)線①斷路          B．導(dǎo)線②斷路
C．滑動(dòng)變阻器內(nèi)部斷路  D．開(kāi)關(guān)S內(nèi)部斷路
④排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，電壓表、電流表示數(shù)如圖丙所示，則氧氣濃度為0時(shí)，R_x阻值為3Ω；
⑤補(bǔ)充好氧氣濃度與R_x阻值關(guān)系表后，小彬制作氧氣濃度探測(cè)器的電路，如圖丁所示，R₀為定值電阻．小彬制作的探測(cè)器工作時(shí)，氧氣濃度越高，電流表示數(shù)越小；要想實(shí)現(xiàn)“氧氣濃度越高，電表示數(shù)越大”，應(yīng)選用電壓表與上述電路中的R_x并聯(lián)．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3
電阻R/Ω	5	10	15
電流I/A	0.6	0.3	0.24

（2）在完成上述實(shí)驗(yàn)后，小彬又將圖甲中的氧敏電阻R_x換成“5Ω、10Ω、15Ω、30Ω”的定值電阻，探究“電流與電阻的關(guān)系”，電源電壓仍為6V，滑動(dòng)變阻器規(guī)格為“20Ω  1A”．所測(cè)得的幾組電流、電壓值如表所示．
①由于操怍不當(dāng)，導(dǎo)致其中一組數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤，請(qǐng)判斷第3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤，產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因是未移動(dòng)滑動(dòng)變阻器；
②糾正錯(cuò)誤以后，小彬繼續(xù)用30Ω的電阻替換15Ω的電阻進(jìn)行了第4次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行下去．為完成第4次實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們?yōu)樗�提出了下列解決方案，你認(rèn)為正確的是B．
A．換成電壓為12V的電源
B．更換最大阻值大于或等于30Ω的滑動(dòng)變阻器
C．可將定值電阻兩端的電壓調(diào)為1.5V．

Answer 1

分析 （1）①按電路圖的順序連接實(shí)物；
②為防止電路中的電流過(guò)大，燒壞電路元件，保護(hù)電路的滑動(dòng)變阻器處于最大阻值處；
③電壓表與開(kāi)關(guān)兩端的接線柱并聯(lián)時(shí)示數(shù)為6V說(shuō)明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，而閉合開(kāi)關(guān)S，發(fā)現(xiàn)電流表、電壓表示數(shù)均為0，說(shuō)明電路電路，即電壓表現(xiàn)在并聯(lián)部分?jǐn)嗦罚?br />④根據(jù)電表的量程和分度值讀出示數(shù)，利用歐姆定律求出電阻；
⑤由表格數(shù)據(jù)可知，氧敏電阻隨氧氣濃度增大而增大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流的變化和R₀兩端的電壓變化，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知R_x兩端的電壓變化，然后根據(jù)“氧氣濃度越高，電表示數(shù)越大”確定電壓表的位置；
（2）①探究電流與電阻關(guān)系時(shí)，要保持電壓一定，分析表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
②根據(jù)滑動(dòng)變阻器分壓和串聯(lián)電路電流相等特點(diǎn)分析解答．

解答 解：（1）①按電路圖連接實(shí)物，滑動(dòng)變阻器按“一上一下“原則，且接左下接線柱，電路連接如圖所示：

②開(kāi)關(guān)閉合前，保護(hù)電路的滑動(dòng)變阻器的滑片處于最大阻值處的B端；
③電壓表與開(kāi)關(guān)兩端的接線柱并聯(lián)時(shí)示數(shù)為6V說(shuō)明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，且電壓表是完好的，電壓表分別與導(dǎo)線①的兩端、導(dǎo)線②的兩端并聯(lián)，示數(shù)都為0，說(shuō)明電路斷路部位是開(kāi)關(guān)斷路，D選項(xiàng)符合；
④由圖乙可知，電流表的量程為0～3A，分度值為0.1A，示數(shù)為1.5A，
電壓表的量程為0～15V，分度值為0.5V，示數(shù)為4.5V，
則氧氣濃度為0時(shí)，R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V}{1.5A}$=3Ω；
⑤由表格數(shù)據(jù)可知，氧敏電阻隨氧氣濃度增大而增大，則氧氣濃度越高，電路中的總電阻越大，
由I=$\frac{U}{R}$可知，電路中電流表的示數(shù)越小，R₀兩端的電壓越小，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R_x兩端的電壓越大，
要想實(shí)現(xiàn)“氧氣濃度越高，電表示數(shù)越大”，應(yīng)選用電壓表與R_x并聯(lián)．
（2）①當(dāng)接入電阻R₂=10Ω時(shí)，電路中的電流為I₂=0.3A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入的阻值為R=$\frac{U-{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{6V-3V}{0.3A}$=10Ω，
將R₂換為R₃=15Ω時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片位置不動(dòng)，此時(shí)電流中的電流為I=$\frac{U}{R+{R}_{3}}$=$\frac{6V}{10Ω+15Ω}$=0.24A，故第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒(méi)有移動(dòng)滑片就讀電流表示數(shù)了，由于電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與其電阻成反比，故應(yīng)該為0.2A；
②糾正錯(cuò)誤以后，該小組用30Ω的電阻替換15Ω的電阻進(jìn)行了第4次實(shí)驗(yàn)，
當(dāng)R₄=30時(shí)，由于保持電阻兩點(diǎn)電壓為U_R=3V不變，則滑動(dòng)變阻器兩端分的電壓為U′=U-U_R=6V-3V=3V，
此時(shí)電流為I_R=I′=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{4}}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，則滑動(dòng)變阻器需要接入的阻值為：R′=$\frac{{U}^{′}}{{I}^{′}}$=$\frac{3V}{0.1A}$=30Ω＞20Ω，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值不能滿足要求，故應(yīng)換用以更大阻值的變阻器，故選B．
故答案為：（1）①如上圖所示；②B；③D；④3；⑤R_x；（2）①3；未移動(dòng)滑動(dòng)變阻器；②B．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物電路圖的連接和實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)、電路故障的判斷、電表的讀數(shù)、歐姆定律的應(yīng)用、描點(diǎn)法作圖、電路的動(dòng)態(tài)分析等，要注意根據(jù)電源的電壓確定電壓表的量程，根據(jù)電路中的最大電路確定電流表的量程．