Question

1．“用電流表、電壓表測電阻”是物理教科書中唯一在兩個(gè)教學(xué)單元均安排的學(xué)生實(shí)驗(yàn)．

①教科書在第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求的實(shí)驗(yàn)電路圖是圖1中的b．（填寫字母）
②小明用電源、電流表、電壓表、滑動變阻器（標(biāo)有“20Ω  2A”字樣）等器材，測定電阻Rx的值．閉合電鍵S，在移動滑動變阻器滑片的過程中，電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減小，當(dāng)他觀察到如圖2（a）（b）所示時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)．小明經(jīng)過思考，分析，重新開始正確做實(shí)驗(yàn)，剛閉合電鍵，電壓表、電流表示數(shù)分別為3伏和0.15安．在移動滑動變阻器滑片的過程中，電流表示數(shù)的最大值為0.3安．請將下列表格填寫完整，并計(jì)算出被測電阻的阻值（計(jì)算電阻時(shí)，精確到0.1歐）

實(shí)驗(yàn)序號	電壓（伏）	電流（安）	電阻（歐）
1	4.5	0.22	20.5	20.2
2	3	0.15	20.0
3		0.3	20.0

③小明在第一次實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減小的原因是電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端了．

Answer 1

分析 ①b圖有滑動變阻器，可以通過移動變阻器的滑片，改變定值電阻的電壓，多次測量取平均值來減小誤差，所以，教科書在第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求的實(shí)驗(yàn)電路圖是圖1中的b；
②Ⅰ根據(jù)題目中的反常現(xiàn)象由分壓原理結(jié)合串聯(lián)電路電壓的規(guī)律判斷電壓表的連接位置；
Ⅱ根據(jù)第2次正確操作隱含的條件和第3次實(shí)驗(yàn)電流最大的條件，由電流與電阻的關(guān)系得出變阻器的最大阻值與待則電阻的大小關(guān)系，根據(jù)分壓原理求出第2次實(shí)驗(yàn)中變阻器的電壓，從而得到電源電壓；在此基礎(chǔ)上確定圖2中兩電表的讀數(shù)；
Ⅲ將數(shù)據(jù)填入表中，根據(jù)歐姆定律求電阻值，為減小誤差，應(yīng)求出其平均值；
③同②Ⅰ．

解答 解：①測量電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$，所以需要測量電阻兩端的電壓和通過的電流，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，需要多次幾組數(shù)據(jù)，所以采取了串聯(lián)一個(gè)滑動變阻器來改變電路中的電流；故第二次應(yīng)采取圖b；
②由實(shí)驗(yàn)電路圖b知，電流表測量電路中的電流大小，當(dāng)在移動變阻器滑片的過程中，電流表的示數(shù)變小時(shí)，根據(jù)U=IRx，待測電阻的電壓變小，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器的電壓變大，由此可知，電壓表沒有并聯(lián)在待測電阻兩端，而是并聯(lián)在滑動變阻器兩端了；
重新開始正確做實(shí)驗(yàn)，此時(shí)電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端，隱含著變阻器連入電路中的電阻最大這個(gè)條件，剛閉合電鍵，電壓表、電流表示數(shù)分別為3伏和0.15安；在移動滑動變阻器滑片的過程中，當(dāng)變阻器連入電路中的電阻為0時(shí)，此時(shí)電流表示數(shù)最大值為0.3安．根據(jù)在電源電壓不變時(shí)，電流與電阻成反比有：
$\frac{{R}_{0}{+R}_{X}}{{R}_{0}}$=$\frac{0.3A}{0.15A}$=2，所以R₀=R_X，在小明重新做實(shí)驗(yàn)時(shí)因電壓表示數(shù)為3V，由分壓原理，變阻器的電壓也為3V，所以電源電壓為3V+3V=6V；
在圖2中，因沒有說明電表的量程選擇，可能的讀數(shù)為：電壓表的示數(shù)可能為1.5V或7.5V，因電源電壓為6V，所以第1次實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表的示數(shù)應(yīng)為1.5V，
第1次實(shí)驗(yàn)電壓表的示數(shù)即變阻器的電壓為6V-1.5V=4.5V；
電流表示數(shù)可能為0.22A或1.1A，因在第2次實(shí)驗(yàn)中，電流表的最大示數(shù)為0.3A，所以第1次實(shí)驗(yàn)電流表的示數(shù)為0.22A，
三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表格：

物理量 序號	電壓（伏）	電流（安）	電阻（歐）	電阻平均值（歐）
1	4.5	0.22	20.5	20.2
2	3	0.15	20.0
3	6.0	0.3	20.0

根據(jù)歐姆定律分別求出電阻值為：20.5Ω、20.0Ω、20.0Ω，則電阻的平均值為$\frac{20.5Ω+20.0Ω+20.0Ω}{3}$≈20.2Ω；
③小明在第一次實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)，電流表示數(shù)減小，說明電電阻增大了，變阻器連入電路中的電阻增大，根據(jù)分壓原理，變阻器電壓增大了，由串聯(lián)電路電壓規(guī)律，定值電阻的電壓減小了，所以，閉合電鍵S，在移動滑動變阻器滑片的過程中，電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減小原因是電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端了．
故答案為：
①b；
②如上表所示；20.2；
③電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端了．

點(diǎn)評 本題用電流表、電壓表測電阻，考查對實(shí)驗(yàn)電路的評價(jià)與改進(jìn)措施、數(shù)據(jù)的處理方法、進(jìn)行推理的能力、分類討論的能力及運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，綜合強(qiáng)，難度大，對思維能力要求高，挖掘題中隱含的條件是解題的關(guān)鍵．