Question

16．在做“伏安法”測定電阻阻值的實驗中，已知電源電壓恒為3V，滑動變阻器規(guī)格為“20Ω 1A”，
（1）小明根據(jù)圖1甲所示的電路圖，將圖1乙中的實驗器材連接成實驗電路． 同小組的小亮在檢查時認為，從實驗目的來看，實驗電路上有一根導線連接錯了，建議小明改接．

①如果不改接這根導線，對實驗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乙圖上將接錯的那根線上打“×”；另畫一根導線，使電路連接正確．
（2）小明將電路改接正確后，合上開關，調節(jié)變阻器的滑片到某位置時，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值偏小（選填“偏大”“準確”、“偏小”）．
（4）小亮以為還可以添加幾個定值電阻用這個電路來研究電流與電阻的關系，他們從老師哪里借來幾個的定值電阻．先用5Ω的定值電阻進行實驗，閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，此時電流表的示數(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定值電阻進行實驗，移動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變阻器和定值電阻的總電壓，即電源電壓，進而可以知道對實驗的影響；
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系，應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)電路圖連接實物圖，發(fā)現(xiàn)電壓表測量的是滑動變阻器與R_x兩端的電壓，顯然與實驗要求不符，
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系，應保持定值電阻兩端的電壓不變，
故將5Ω的定值電阻換成10Ω定值電阻進行實驗，移動滑片直至電壓表示數(shù)為2V．
實驗中，應保持定值電阻兩端的電壓為2V不變，滑動變阻器的最大阻值為20Ω，
則滑動變阻器兩端的電壓：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．

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