Question

小明與伙伴一起，研究串聯電路中的相關物理規律．
（1）小明想探究串聯電路的等效電阻大小與各串聯電阻大小的關系．按下圖連接好電路，若閉合開關后，發現電流表有示數，而電壓表無示數，則故障原因可能是：

 

．
A．R₁斷路   B．R₂斷路  C．電壓表斷路  D．電源處斷路

電流I/A	電壓U1/V	電壓U2/V	電壓U總/V	電路中的電阻關系
0.3	1.5	3.0	4.5

（2）排除故障后，依次測量出電路中的電流和各部分電壓大小，記錄在表格中，可以得出串聯電路中的電阻大小關系為：

 

．
（3）接著，他們想探究電路的總功率與兩個串聯電阻功率大小的關系，重新進行實驗所測得的數據與上次相同，由此計算出一組功率數據．為了完善實驗，他們找到一個電壓為6V的蓄電池，更換到原電路中后，閉合開關，兩表示數如圖．此時，電流表示數為

 

A，R₂的功率為

 

W．
（4）為了測量出第三組數據，他們又找來一個電壓約為24V的蓄電池，更換到電路中，小明發現電路的總電壓無法測量．現只有一些定值電阻、正常的電壓表和若干導線，請你幫助解決此難題，把測量總電壓的方法，在方框中畫出來．
（5）小明在讀電流表示數時，觀察到表頭內部有小線圈和像磁極的東西，當有電流通過時線圈就會帶動指針偏轉，那么線圈偏轉的可能原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）電流表串聯在電路中，電流表有示數說明電路中串聯的部分沒有斷路，電壓表并聯在電阻兩端，電壓表無示數，說明電壓表本身出現了問題；
（2）根據公式R=

U

I

分別計算出電阻R₁、R₂以及R_總的大小進行比較即可；
（3）根據電流表、電壓表讀數的步驟：“先看量程，再看分度值，最后讀數”即可讀出圖中電流表以及電壓表的示數；電壓表測量的是R₁兩端的電壓，再根據串聯電路中電壓的規律即可求得R₂兩端的電壓，最后根據P=UI即可求得R₂的功率；
（4）分別取用兩個相同的定值電阻串聯，再與原來的兩個電阻并聯起來；將電壓表并聯在一個定值電阻兩端，能測量出一個定值電阻兩端的電壓，則根據串聯分壓的特點可知：兩個定值電阻兩端的電壓是相等的，而且總電壓等于兩個定值電阻兩端電壓的和；
（5）根據通電線圈在磁場中受力的作用來分析即可．

解答：解：（1）因為電流表串聯在電路中，電流表有示數，
所以，說明電路中串聯的部分沒有斷路；
又知：電壓表并聯在電阻兩端，電壓表無示數，有兩種可能，電壓表并聯的電阻短路后電壓表本身斷路，故選C．
（2）根據歐姆定律可知：R=

U

I

；
則R₁=

U1

I

=

1.5V

0.3A

=5Ω，R₂=

U2

I

=

3.0V

0.3A

=10Ω，R_總=

U總

I

=

4.5V

0.3A

=15Ω；
則R_總=R₁+R₂．
（3）電流表選擇的是0～0.6A的量程，分度值為0.02A，故該電流表的示數為0.4A．
電壓表選擇的量程是0～3V，分度值為0.1V，則該電壓表的示數為2V；
則R₂兩端電壓為：U₂=U_總-U₁=6V-2V=4V；
根據P=UI可得：R₂的功率為P₂=U₂?I=4V×0.4A=1.6W．
（4）分別取用兩個相同的定值電阻串聯，再與原來的兩個電阻并聯起來；將電壓表并聯在一個定值電阻兩端，能測量出一個定值電阻兩端的電壓，則根據串聯分壓的特點可知：兩個定值電阻兩端的電壓是相等的，而且總電壓等于兩個定值電阻兩端電壓的和；電路圖如右所示．
（5）通電線圈在磁場中受力的作用，故有電流通過時線圈就會帶動指針偏轉．
故答案為：（1）C；
（2）R=R₁+R₂（或電路等效電阻的大小等于各串聯電阻大小之和）；
（3）0.4，1.6；
（4）測量電路如圖所示；
（5）磁場對電流的作用（或通電線圈在磁場中受力轉動）．

點評：此題是一道電學方面的綜合題，考查了歐姆定律、電功率的計算、電壓表及電流表的讀數以及電路故障問題等；本題的難點是第（4）問中的設計電路部分．