Question

4．如圖所示，某實驗小組做“伏安法測量電阻”的實驗，所用的實驗器材有：電壓為6V的電源，待測電阻R_X，以及符合實驗要求的滑動變阻器、電流表、電壓表、導線和開關．

（1）該實驗的原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）實驗前在檢查儀器時，發現電流表指針如圖甲所示，那么，接下來的操作步驟應該是將指針調零．
（3）小組同學在解決好上述問題后，連接了如圖乙所示的部分實物電路，請你用鉛筆畫線代替導線將實物電路連接完整（要求電壓表指針要過半，導線不能交叉）．
（4）正確連接電路閉合開關后，發現無論怎樣移動滑動變阻器的滑片P，電壓表的示數都約為6V，電流表的示數幾乎為0，則電路的故障可能是R_x斷路．
（5）排除故障后進行實驗，當電流表的示數為0.25A時，電壓表的示數如圖丙所示，則該待測電阻Rx的阻值為10Ω．
（6）小明測完電阻R_X后，又增加了四個定值電阻（5Ω，15Ω，20Ω，25Ω），用原電路來探究電流跟電阻的關系，得到如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的圖象，若滑動變阻的規格有：R₁（20Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A），則小明選用的滑動變阻器是R₂（選填“R₁”或“R₂”）．

Answer 1

分析 （1）伏安法測電阻的原理：R=$\frac{U}{I}$；
（2）如果指針不指零，需進行調零；
（3）電壓表與電阻并聯，電流表與電阻串聯，根據要求選擇合適的量程；
滑動變阻器與電阻串聯，且要接一上一下；
（4）若無電流，電壓表示數接近電源電壓，則與電壓表并聯的電路發生斷路；
（5）根據圖丙指針的位置，確定量程，讀出示數；
由R=$\frac{U}{I}$計算出電阻值；
（6）探究電流跟電阻的關系，需保持電阻兩端的電壓不變，根據串分壓的知識，當電阻R的阻值最大時，所需滑動變阻器的阻值最大，從而可根據此值判斷出所需滑動變阻器的規格．

解答 解：（1）伏安法測電阻的原理是：R=$\frac{U}{I}$；
（2）由圖甲知，在沒有接入電路時，電流表的指針未指零，所以應該進行調零；
（3）將電壓表與電阻并聯，要求電壓表指針要過半，而電源電壓6V小于電壓表最大量程15V的一半，因此電壓表應選0～3V量程；
電流表與電阻串聯，滑動變阻器已接了上面一個接線柱，應再接下面一個接線柱，如圖所示：
；
（4）電流表的示數幾乎為0，說明電路中可能有斷路故障；電壓表的示數約為6V，說明電壓表與電源兩極相連通，則故障為與電壓表并聯的電阻R_x斷路；
（5）根據前面分析可知，電壓表的量程為0～3V，由圖丙指針的位置可知，示數為2.5V；
則Rx=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（6）探究電流跟電阻的關系，需保持電阻兩端的電壓不變；
由圖丁的某一組數據可知，當電阻值為25Ω時，電路中的電流為0.1A，
則電阻兩端的電壓U=IR=0.1A×25Ω=2.5V（即電阻兩端電壓控制為2.5V不變）；
此時滑動變阻器的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.1A}$=35Ω＞20Ω，所以滑動變阻器應該選擇R₂．
故答案為：
（1）R=$\frac{U}{I}$；（2）調零；（3）見上圖；（4）R_x；（5）10；（6）R₂．

點評 本題是有關伏安法測電阻的實驗，考查了測量的原理，實物圖的連接、電表的讀數及電阻的計算，同時考查了電路故障的分析及歐姆定律在串聯電路中的應用，考查全面，難度適中．