Question

13．回答下列問題：
（1）設計電路．要求：L₁和L₂串聯，電流表測L₁的電流，電壓表測L₂兩端的電壓，滑動變阻器控制電路中的電流不超過0.5A．用鉛筆線代替導線將圖1中的元件連接起來．

（2）探究串聯電路中的電壓規律：在做“探究串聯電路中的電壓規律”的實驗時，有多個燈泡可供選擇，小麗把兩只燈泡L₁、L₂串聯起來接到電源上，如圖2所示：
當分別把電壓表連在圖2中AB兩點、BC兩點及AC兩點時，閉合開關后測得的數據是：U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V，則故障可能是燈泡L₁短路（或L₂斷路、或L₁短路同時L₂斷路）．故障排除后，實驗正常進行，通過測量得到了三組實驗數據如下表：

實驗次數	AB間電壓U1/V	BC間電壓U2/V	AC間電壓U3/V
1	2.0	2.5	4.5
2	2.4	2.1	4.5
3	1.9	2.6	4.5

分析兩組實驗數據，可得出：串聯電路中總電壓等于各部分電壓之和．
實驗完成后，同組的小楊同學認為，每次操作都需要將電壓表拆接至AB、BC、AC兩端，太過繁瑣，她認為只需進行兩個簡單的操作，如圖2所示：①在測L₂兩端的電壓時，只需將電壓表所接的B接點不動，只斷開A接點，并改接到C接點上；②測總電壓時，只需將電壓表所接的A接點不動，只斷開B接點，并改接到C接點上．聰明的小亮同學馬上對她的方法給予了否定，他認為在進行操作①時，會出現電壓表指針反偏的問題，而在進行操作②時，會出現電壓表指針偏到表盤右側無刻度處的問題．

Answer 1

分析 （1）根據電源電壓確定電壓表量程，根據電流不超過0.5A確定電流表量程，將兩燈與變阻器串聯起來，電壓表測L₂的電壓；
（2）電壓表應與被測電路并聯，如果電壓表示數為零，可能與電壓表并聯的電路短路，或電壓表并聯電路之外電路存在斷路；如果電壓表示數較大，接近電源電壓，說明電壓表兩接線柱與電源兩極相連，電壓表并聯電路斷路．分析表中實驗數據，看兩燈泡電壓與串聯電壓間的關系，然后得出結論；
分析AB、BC、AC間電壓的關系得出結論；
用電壓表測電壓時，選擇合適的量程、電壓表要與被測電路并聯且電壓表正負接線柱不要接反，據此分析答題．

解答 解：（1）電源電壓為3V，電壓表選用小量程；電路中電流不超過0.5A，電流表選用小量程，將兩燈與電流表、變阻器、開關串聯起來，最后將電壓表并聯在L₂的兩端，如下圖所示：

（2）如果燈泡L₁短路，則只有燈泡L₂接在電路中，電壓表測量的電源電壓，所以有U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V；
如果燈泡L₁正常，燈泡L₂斷路，把電壓表連在圖2中AB兩點時，電路為斷路，電壓表無示數；
連在BC兩點時，則相當于電壓表與燈L₁串聯，因電壓表內阻很大，根據分壓原理，電壓表示數接近電源電壓；連在AC兩點，電壓表直接測量電源電壓，所以有U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V；
如果燈泡L₁短路，同時燈泡L₂開路，電壓表連在AB兩點時，電壓表所在電路與電源沒有連通，無示數；
電壓表連在BC間，則電壓表直接與電源連通，電壓表示數為電源電壓；
當電壓表連在AC間時，電壓表測電源電壓，電壓表示數為電源電壓，所以有U_AB=0，U_BC=4.5V，U_AC=4.5V；
綜上所述可知導致該現象的原因是：燈泡L₁短路（或L₂斷路、或L₁短路同時L₂斷路）；
（2）由表中數據可知，AC間的電壓等于AB間的電壓與BC間的電壓之和，即U₃=U₁+U₂，故可得結論：串聯電路中總電壓等于各部分電壓之和；
①當電壓表B點不動，只斷開A點，并改接到C點上時，雖然電壓表此時與L₂并聯，但電壓表的正負接線柱卻是反的，閉合開關后，指針會反向偏轉，所以不能測出L₂兩端的電壓；
②由表格數據可知，AB間電壓U₁小于3V，電壓表選0～3V的量程；電源的電壓為4.5V，選0～15V的量程；將電壓表所接的A接點不動，只斷開B接點，并改接到C接點上時，雖然電壓表測電源的電壓，但已超出量程，指針會偏到右側無刻度處．
故答案為：（1）如上圖所示：
（2）燈泡L₁短路（或L₂斷路、或L₁短路同時L₂斷路）；
串聯電路中總電壓等于各部分電壓之和；
①電壓表指針反偏；②電壓表指針偏到表盤右側無刻度處．

點評 本題探究串聯電路電壓的規律，考查電路的連接、故障的分析、分析數據歸納結論的能力及有關電壓表接法的常見錯誤，有一定難度．