Question

15．實驗室有下列器材：A．待測定值電阻R_X：阻值在7～9Ω之間
B．滑動變阻器：最大阻值500Ω
C．滑動變阻器：最大阻值10Ω
D．定值電阻R₀：阻值10Ω
E．電流表A：測量范圍0～0.6A，0～3A
F．電源E：電源電壓U恒為4V
G．單刀雙擲開關（雙向開關）S及導線若干
為了較精確地測出待測電阻R_X的阻值，三名同學共同設計了如圖所示的電路．
（1）在他們設計的電路中，電流表的量程應用0-0.6A，滑動變阻器應選C（填器材前面的序號字母）．
（2）小亮設計的實驗操作主要步驟是：
①將開關擲向a，移動滑片P至某一位置，使A表的指針指到表盤上某一適當位置；讀出電路穩定后A表的示數（記為I₁）；
②將開關擲向b，移動滑片P至另一個位置，使A表的指針指到表盤上另一適當位置；讀出電路穩定后A表的示數（記為I₂）；
（3）兩名同學認為小亮設計的步驟②有不妥之處，正確的步驟②應該是：將開關擲向b，保持滑動變阻器的滑片位置不變，使電流表的指針指到表盤上另一適當位置，讀出電路穩定后電流表的示數（記為I₂）．．

Answer 1

分析 （1）根據電源電壓和最小電阻求電路最大電流，確定電流表的量程；
滑動變阻器在電路中起保護電路和分擔電壓的作用，滑動變阻器電阻太大，分擔電壓太大，被測電阻分擔電壓太小，電流小，無法用電流表測電流，故滑動變阻器電阻和被測電阻阻值不要相差太大；
（2）已知電源電壓，在上面的操作中，變阻器連入電路中的電阻是未知且是變化的，所以將存在3個未知量，而只能列出兩個方程，所以不能測出待測電阻的大小，故應減小一個未知量，采用滑片的位置不動，S擲向a和S擲向b分別記下對應的電流大小，由電源電壓相同列方程求解．

解答 解：（1）被測電阻阻值約為7Ω～9Ω，電源電壓為4V．
電路最大電流為I=$\frac{4V}{7Ω}$=0.57A＜0.6A，所以電流表選擇0～0.6A量程．
（2）滑動變阻器在電路中分擔電壓，如果滑動變阻器的阻值比被測電阻大很多，分擔電壓很大，被測電阻分擔電壓很小，被測電阻的電流很小，無法準確測量電流，故選0～10Ω的滑動變阻器；
（3）S擲向a時，設變阻器連入電路中的電阻大小為R₁，根據串聯電阻的規律，總電阻為R₁+R_x，測出電路電流
I₁，根據歐姆定律 U=4V=I₁（R₁+R_x）…①
S擲向b時，設變阻器連入電路中的電阻為R₂，根據電阻的串聯規律，此時電路的總電阻為R₂+R₀，測出電路電流I₂，根據歐姆定律，U=4V=I₂（R₂+R₀）…②
因R₁、R₂、R_X有三個未知量，根據①②式無法表示出R_X；
要測出R_X，應減小一個未知量，將開關擲向b，保持滑動變阻器的滑片位置不變，使電流表的指針指到表盤上另一適當位置，讀出電路穩定后電流表的示數（記為I₂）．．
故答案為：（1）0-0.6；C；
（2）將開關擲向b，保持滑動變阻器的滑片位置不變，使電流表的指針指到表盤上另一適當位置，讀出電路穩定后電流表的示數（記為I₂）．

點評 本題 測電阻的大小，考查器材的選擇、對實驗方案的評估能力并嘗試改進實驗方案的能力，有一定難度．