Question

13．回答下列問題：
（1）設(shè)計電路．要求：L₁和L₂串聯(lián)，電流表測L₁的電流，電壓表測L₂兩端的電壓，滑動變阻器控制電路中的電流不超過0.5A．用鉛筆線代替導(dǎo)線將圖1中的元件連接起來．

（2）探究串聯(lián)電路中的電壓規(guī)律：在做“探究串聯(lián)電路中的電壓規(guī)律”的實驗時，有多個燈泡可供選擇，小麗把兩只燈泡L₁、L₂串聯(lián)起來接到電源上，如圖2所示：
當(dāng)分別把電壓表連在圖2中AB兩點、BC兩點及AC兩點時，閉合開關(guān)后測得的數(shù)據(jù)是：U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V，則故障可能是燈泡L₁短路（或L₂斷路、或L₁短路同時L₂斷路）．故障排除后，實驗正常進行，通過測量得到了三組實驗數(shù)據(jù)如下表：

實驗次數(shù)	AB間電壓U1/V	BC間電壓U2/V	AC間電壓U3/V
1	2.0	2.5	4.5
2	2.4	2.1	4.5
3	1.9	2.6	4.5

分析兩組實驗數(shù)據(jù)，可得出：串聯(lián)電路中總電壓等于各部分電壓之和．
實驗完成后，同組的小楊同學(xué)認(rèn)為，每次操作都需要將電壓表拆接至AB、BC、AC兩端，太過繁瑣，她認(rèn)為只需進行兩個簡單的操作，如圖2所示：①在測L₂兩端的電壓時，只需將電壓表所接的B接點不動，只斷開A接點，并改接到C接點上；②測總電壓時，只需將電壓表所接的A接點不動，只斷開B接點，并改接到C接點上．聰明的小亮同學(xué)馬上對她的方法給予了否定，他認(rèn)為在進行操作①時，會出現(xiàn)電壓表指針反偏的問題，而在進行操作②時，會出現(xiàn)電壓表指針偏到表盤右側(cè)無刻度處的問題．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電源電壓確定電壓表量程，根據(jù)電流不超過0.5A確定電流表量程，將兩燈與變阻器串聯(lián)起來，電壓表測L₂的電壓；
（2）電壓表應(yīng)與被測電路并聯(lián)，如果電壓表示數(shù)為零，可能與電壓表并聯(lián)的電路短路，或電壓表并聯(lián)電路之外電路存在斷路；如果電壓表示數(shù)較大，接近電源電壓，說明電壓表兩接線柱與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路斷路．分析表中實驗數(shù)據(jù)，看兩燈泡電壓與串聯(lián)電壓間的關(guān)系，然后得出結(jié)論；
分析AB、BC、AC間電壓的關(guān)系得出結(jié)論；
用電壓表測電壓時，選擇合適的量程、電壓表要與被測電路并聯(lián)且電壓表正負(fù)接線柱不要接反，據(jù)此分析答題．

解答 解：（1）電源電壓為3V，電壓表選用小量程；電路中電流不超過0.5A，電流表選用小量程，將兩燈與電流表、變阻器、開關(guān)串聯(lián)起來，最后將電壓表并聯(lián)在L₂的兩端，如下圖所示：

（2）如果燈泡L₁短路，則只有燈泡L₂接在電路中，電壓表測量的電源電壓，所以有U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V；
如果燈泡L₁正常，燈泡L₂斷路，把電壓表連在圖2中AB兩點時，電路為斷路，電壓表無示數(shù)；
連在BC兩點時，則相當(dāng)于電壓表與燈L₁串聯(lián)，因電壓表內(nèi)阻很大，根據(jù)分壓原理，電壓表示數(shù)接近電源電壓；連在AC兩點，電壓表直接測量電源電壓，所以有U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V；
如果燈泡L₁短路，同時燈泡L₂開路，電壓表連在AB兩點時，電壓表所在電路與電源沒有連通，無示數(shù)；
電壓表連在BC間，則電壓表直接與電源連通，電壓表示數(shù)為電源電壓；
當(dāng)電壓表連在AC間時，電壓表測電源電壓，電壓表示數(shù)為電源電壓，所以有U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V；
綜上所述可知導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因是：燈泡L₁短路（或L₂斷路、或L₁短路同時L₂斷路）；
（2）由表中數(shù)據(jù)可知，AC間的電壓等于AB間的電壓與BC間的電壓之和，即U₃=U₁+U₂，故可得結(jié)論：串聯(lián)電路中總電壓等于各部分電壓之和；
①當(dāng)電壓表B點不動，只斷開A點，并改接到C點上時，雖然電壓表此時與L₂并聯(lián)，但電壓表的正負(fù)接線柱卻是反的，閉合開關(guān)后，指針會反向偏轉(zhuǎn)，所以不能測出L₂兩端的電壓；
②由表格數(shù)據(jù)可知，AB間電壓U₁小于3V，電壓表選0～3V的量程；電源的電壓為4.5V，選0～15V的量程；將電壓表所接的A接點不動，只斷開B接點，并改接到C接點上時，雖然電壓表測電源的電壓，但已超出量程，指針會偏到右側(cè)無刻度處．
故答案為：（1）如上圖所示：
（2）燈泡L₁短路（或L₂斷路、或L₁短路同時L₂斷路）；
串聯(lián)電路中總電壓等于各部分電壓之和；
①電壓表指針反偏；②電壓表指針偏到表盤右側(cè)無刻度處．

點評 本題探究串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，考查電路的連接、故障的分析、分析數(shù)據(jù)歸納結(jié)論的能力及有關(guān)電壓表接法的常見錯誤，有一定難度．