7.小強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)按圖甲電路,請你將圖乙中電流表正確連入電路.
(2)小強檢查電路連接正確,合上開關(guān),可使無論怎樣移動滑片,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,小強將滑片P向左滑動時,電壓表示數(shù)將增大(填“增大”、“減小”、“不變”),當(dāng)P滑到某一位置時,兩表讀數(shù)如圖丙所示,由此可知R1=10Ω,小強完成了測R1的實驗,你認(rèn)為這個結(jié)果可靠嗎?并說明理由:不可靠,沒有多次測量求平均值.
(4)小強又想測另一未知電阻RX的阻值,設(shè)計了如圖丁所示電路(RX為已知阻值的定值電阻),并設(shè)計了如下實驗步驟,請你幫他把缺少的步驟補全,并寫出RX的表達式.
實驗步驟:
A.按照設(shè)計的電路圖連接電路;
B.?dāng)嚅_S2、閉合S1,記錄電流表示數(shù)為I1;
C.?dāng)嚅_S1、閉合S2記錄電流表示數(shù)為I2(或S1和S2都閉合記錄電流表示數(shù)為I2).
表達式:RX=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$R0(或$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R0)(用已知和測量的物理量的符號表示).

分析 (1)根據(jù)題意求出電路的最大電流,根據(jù)該電流確定電流表的量程,把電流表串聯(lián)接入電路,注意電流表正負(fù)接線柱不要接反;
(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,一是滑動變阻器短路或被測電阻斷路;
(3)滑片P向左滑動時,電路的電阻減小,電源電壓不變,根據(jù)歐姆定律可知電路中的電流增大,然后根據(jù)U=IR可知電壓表示數(shù)的變化;
先根據(jù)題意確定電表的量程和分度值,進而讀出兩電表的示數(shù),根據(jù)歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$求出電阻R1阻值;
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)在沒有電壓表時,使定值電阻與待測電阻并聯(lián),根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)、電流表的示數(shù)以及歐姆定律得出定值電阻兩端電壓,然后根據(jù)歐姆定律的變形公式計算出被測電阻的阻值.

解答 解:(1)由題意知,一節(jié)干電池的電壓為1.5V,
則電源電壓U=1.5V×2=3V,
電路最大電流約為I=$\frac{U}{{R}_{1}}$=$\frac{3V}{9Ω}$≈0.33A,
因此電流表應(yīng)選0~0.6A量程,把電流表串聯(lián)接入電路,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,即R1處斷路或R2處短路;
(3)由電路圖可知,將滑片P向左滑動時,滑動變阻器接入電路的阻值減小,整個電路的電流增大,R1兩端電壓變大,電壓表示數(shù)將增大;
由圖乙可知,電壓表量程為0~3V,由圖丙所示電壓表可知,其分度值為0.1V,示數(shù)為2V;
由(1)可知,電流表選擇的量程為0~0.6A,由圖丙所示電流表可知,其分度值為0.02A,示數(shù)為0.2A,
由I=$\frac{U}{R}$得,電阻R1阻值:R1=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω;
只進行了一次實驗,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)實驗步驟:
A.按電路圖連接電路;
B.?dāng)嚅_S2、閉合S1記錄電流表示數(shù)為I1
由歐姆定律可知,電源電壓U=I1R0,
C.?dāng)嚅_S1、閉合S2記錄電流表示數(shù)為I2(或S1和S2都閉合記錄電流表示數(shù)為I2);
由歐姆定律可得,定值電阻Rx=$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$R0
或根據(jù)并聯(lián)電路電流特點可知,通過定值電阻Rx的電流:
Ix=I2-I1,
由歐姆定律可得,定值電阻Rx的阻值:
Rx=$\frac{U}{{I}_{x}}$=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R0
故表達式:Rx=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$R0(或Rx=$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R0).
故答案為:(1)見上圖;
(2)R1斷路;R2短路;
(3)增大;10;不可靠,沒有多次測量求平均值;
(4)斷開S1、閉合S2記錄電流表示數(shù)為I2;$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}$R0(或$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$R0).

點評 本題考查了實物電路的連接、電路故障分析、電路動態(tài)分析、求電阻等問題,難點是根據(jù)題意確定電表量程,讀出電表示數(shù);
另外此題還涉及到測量電阻的實驗步驟的設(shè)計,在實驗中用一個定值電阻和一塊電流表代替了電壓表,設(shè)計實驗步驟的宗旨是怎樣能間接地測出電阻兩端的電壓,有一定的難度.

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(1)小明閉合開關(guān)后,測得電壓表V1的示數(shù)為2.8V,電壓表V2的示數(shù)為1.6V,請你根據(jù)小明的測量數(shù)據(jù)計算出電壓表V2的電阻值.
(2)若將R更換為10Ω的定值電阻(不考慮電壓表V1示數(shù)的變化),能否測出電壓表V2的電阻值?請你通過計算說明其中的原因.

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(1)你認(rèn)為甲設(shè)計方案中可行?不可行,原因是:電路中的電流小于電流表的分度值.
(2)你認(rèn)為乙設(shè)計方案中可行?不可行,原因是:僅測出一組數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確.
(3)第三組同學(xué)按照丙方案進行如下實驗:
①把電阻箱的阻值調(diào)為0Ω,讀出電壓表的示數(shù)U1=3V.
②把電阻箱的阻值調(diào)如圖2甲所示值,此時電壓表的示數(shù)如圖2乙所示,則根據(jù)他們測量的數(shù)據(jù)可知,電源電壓U=3V,電阻箱的讀數(shù)是360Ω,電壓表的示數(shù)是1.2V根據(jù)這組數(shù)可求出未知電阻的阻值是240Ω.

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12.小明利用圖甲中的器材探究電流與電阻關(guān)系:
次數(shù)R/ΩI/A
1
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3150.1

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(2)閉合開關(guān)后,移動滑動變阻器的滑片,直至電壓、電流表示數(shù)如圖乙所示,U=1.5V,I=0.3A,作為實驗的第1次數(shù)據(jù),此時定值電阻的阻值是5Ω,功率是0.45W.
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