Question

16．在做“伏安法”測定電阻阻值的實(shí)驗(yàn)中，已知電源電壓恒為3V，滑動(dòng)變阻器規(guī)格為“20Ω 1A”，
（1）小明根據(jù)圖1甲所示的電路圖，將圖1乙中的實(shí)驗(yàn)器材連接成實(shí)驗(yàn)電路． 同小組的小亮在檢查時(shí)認(rèn)為，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩砜�，�?shí)驗(yàn)電路上有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)了，建議小明改接．

①如果不改接這根導(dǎo)線，對實(shí)驗(yàn)的影響是電壓表的示數(shù)不變，測不出電阻兩端電壓．（具體說明是什么影響）
②請你在圖1乙圖上將接錯(cuò)的那根線上打“×”；另畫一根導(dǎo)線，使電路連接正確．
（2）小明將電路改接正確后，合上開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器的滑片到某位置時(shí)，電壓表和電流表的指示如圖2所示，則電壓表的讀數(shù)是1.8V，電流表的讀數(shù)是0.24A，被測電阻R_x的阻值是7.5Ω．

（3）就該同學(xué)的電路圖而言，假若電壓表的電阻不是很大，則他測出的待測電阻阻值比真實(shí)值偏小（選填“偏大”“準(zhǔn)確”、“偏小”）．
（4）小亮以為還可以添加幾個(gè)定值電阻用這個(gè)電路來研究電流與電阻的關(guān)系，他們從老師哪里借來幾個(gè)的定值電阻．先用5Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖3所示，則電路中的電流為0.4A；再將5Ω的定值電阻換成10Ω定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)為2V，并記錄電流表的示數(shù)．該同學(xué)還想多測幾組數(shù)據(jù)，但他選用的定值電阻不能大于40Ω．

Answer 1

分析 （1）①分析圖1中的乙圖可知，電壓表測量的是滑動(dòng)變阻器和定值電阻的總電壓，即電源電壓，進(jìn)而可以知道對實(shí)驗(yàn)的影響；
②根據(jù)甲中電路圖，順著電流的方向連接乙中的實(shí)物圖，電流表測干路電流，電壓表測待測電阻R_x兩端的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓表的連接出現(xiàn)了問題；
（2）根據(jù)圖2確定電壓表和電流表的量程與分度值，讀出指針指示的數(shù)值，已知電流和電壓，利用歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$求出被測電阻R_x的阻值；
（3）首先分析電流和電壓的測量誤差，此種連接方式屬于電流表外接法，此時(shí)所測的電流值大于待測電阻的電流，根據(jù)歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$分析所測電阻的阻值．
（4）根據(jù)電流表選擇的量程確定分度值，由指針的位置讀出電流表的示數(shù)；
根據(jù)歐姆定律的變形公式U=IR求出定值電阻兩端的電壓，在在研究電流與電阻的關(guān)系，應(yīng)保持定值電阻兩端的電壓不變；
定值電阻的阻值越大，所需變阻器的阻值越大，可根據(jù)變阻器的最大阻值計(jì)算出可接入的最大阻值．

解答 解：（1）①由圖乙可知，電壓表測量的是滑動(dòng)變阻器和定值電阻的總電壓，即電源電壓，
所以無論怎樣移動(dòng)滑片，電壓表的示數(shù)不變，測不出電阻兩端電壓．
②根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，發(fā)現(xiàn)電壓表測量的是滑動(dòng)變阻器與R_x兩端的電壓，顯然與實(shí)驗(yàn)要求不符，
這樣會使R_x兩端的電壓偏大，電阻R_x的阻值偏大，應(yīng)將電壓表與定值電阻并聯(lián)，修改如圖所示；

（2）由圖2可知，電壓表選擇的量程是0～3V，分度值為0.1V，所以電壓表的示數(shù)U=1.8V；
電流表選擇的量程是0～0.6A，分度值是0.02A，所以電流表的示數(shù)I=0.24A；
由歐姆定律得，被測電阻R_x的阻值：
R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.8V}{0.24A}$=7.5Ω；
（3）由電路圖可知，電流表的示數(shù)等于通過電阻的電流和電壓表的電流之和，所以測量的電流值偏大，
根據(jù)歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$可知，則所測電阻值偏小．
（4）由圖3可知，電流表選擇的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，電流表的示數(shù)為0.4A，即為電路中的電流．
由I=$\frac{U}{R}$得，定值電阻兩端的電壓：
U_R=IR=0.4A×5Ω=2V，
在研究電流與電阻的關(guān)系，應(yīng)保持定值電阻兩端的電壓不變，
故將5Ω的定值電阻換成10Ω定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)為2V．
實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)保持定值電阻兩端的電壓為2V不變，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為20Ω，
則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_R=3V-2V=1V，
電路中的電流：I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{1V}{20Ω}$=0.05A，
則允許接的最大電阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{2V}{0.05A}$=40Ω．
故答案為：（1）①電壓表的示數(shù)不變，測不出電阻兩端電壓；②見上圖；
（2）1.8；0.24；7.5；
（3）偏��；
（4）0.4；2；40．

點(diǎn)評 此題是“伏安法”測定電阻阻值的實(shí)驗(yàn)，考查了電壓表的連接，電流表、電壓表的讀數(shù)、電阻的計(jì)算及實(shí)驗(yàn)誤差分析等知識，同時(shí)考查了探究電流與電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要注意保持電阻兩端的電壓不變，第（4）問是該題的難點(diǎn)，關(guān)鍵要注意電阻的阻值越大，所需變阻器的阻值越大．