Question

16．要測量一個阻值約為500Ω的電阻R_x．實驗室提供的器材有：電源（兩節干電池）、學生用電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、學生用電壓表（量程為0～3V、0～15V）、滑動變阻器R₁（100Ω  2A）和電阻箱R₂（0～9999Ω  5A）各一個，開關、導線若干．

（1）小明想用伏安法測量該電阻，甲圖是小明連接的電路．
①連接電路時，開關應斷開；接通電路前，小明還應將滑動變阻器的滑片滑至最右（左/右）端．
②閉合開關，逐漸減小滑動變阻器的接入電阻至最小，電壓表有示數，但電流表的指針幾乎不偏轉，產生這種現象的原因是R_x的阻值太大，電流太小．所以不能用伏安法測出該電阻的值．
（2）小明經過認真思考，在實驗室所提供的器材中選擇合適的器材，設計了如圖乙所示的實驗電路，測出了該電阻的值．請你幫他完善實驗步驟：
①只閉合開關S₁，調節變阻器的滑片，使電壓表的指針指在合適的位置；
②只閉合另一只開關，調節電阻箱的旋鈕，使電壓表的示數與步驟①中相同（選填“相同”、“不同”），讀出此時變阻箱的阻值，即為待測電阻的大小．

Answer 1

分析 （1）①連接電路時，為保護電路，開關應斷開，變阻器置于阻值最大的位置；
②因R_x的阻值太大，根據歐姆定律求出電路中的電流太小作答；
（2）因電源電壓 3V，根據分壓原理，當R_x與變阻器串聯時，電路中的最小電流為I=$\frac{U}{{R}_{x}{+R}_{滑}}=\frac{3V}{500Ω+100Ω}$=
5×10^-3A，R_x兩端的電壓不小于U_定=IR_x的=5×10^-3A×500Ω=2.5V，因選擇合適的器材，所以使用的是電壓表小量程0-3V，測量較為準確；
當電阻箱與R_x串聯時，通過調節電阻箱的旋鈕，改變電阻箱連入電路中的電阻大小，當電壓表示示數與第1次相同時，根據等效替代法，此時電阻箱連入電路 中的阻值大小等于待測電阻的大小．

解答 解：（1）①為保護電路元件的安全，連接電路時，開關應斷開；接通電路前，小明還應將滑動變阻器的滑片滑至阻值最大的位置，即最右端；
②因為電阻R_x的阻值約為500Ω，當變阻器連入電路中的電阻值為0時，此時，電壓全部加R_x的兩端，根據歐姆定律，電路中的電流I′=$\frac{U}{{R}_{X}}=\frac{3V}{500Ω}$=6×10^-3A，因電流太小，電流表的指針幾乎不偏轉；
（2）根據上面的分析，實驗步驟如下：
①只閉合開關S₁，調節變阻器的滑片，使電壓表的指針指在合適的位置；
②只閉合另一只開關，調節電阻箱的旋鈕，使電壓表的示數與步驟①中相同，讀出此時變阻箱的阻值，即為待測電阻的大小．
故答案為：（1）①斷開；②右；
②R_x的阻值太大，電流太小；
（2）①S₁；變阻器的滑片；
②調節電阻箱的旋鈕；相同．

點評 本題用伏安法測量電阻大小，體現了等效替代法的運用，主要考查為提高測量的準確程度，實驗器材的選擇及實驗方案的設計，有一定難度．