Question

15．（1）小彬在物理实验室制作氧气浓度探测器，过程如下：
小彬找来氧敏电阻R_x，其电阻值与空气中氧气浓度的关系如表格所示．其中，氧气浓度为0时，氧敏电阻的阻值模糊不清，于是他对该电阻阻值进行测量．

氧气浓度/%	0	5	10	15	20	25	30
Rx/Ω		10	16	21	25	28	30

小彬设计了图甲所示测量氧气浓度为零时氧敏电阻阻值的电路，电源电压恒为6V．如图15乙在集气瓶内装有通过木炭燃烧制得氧气浓度为零的空气，再将R_x置于瓶内．

①请用笔画线代替导线，按照图甲，将图乙的电路连接好；
②开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应移至B（A/B）端；
③闭合开关S，发现图乙中电流表、电压表示数均为0．小彬取下电压表，将电压表分别与导线①的两端、导线②的两端并联，示数都为0；将电压表与滑动变阻器B、D两端并联，示数也为0；将电压表与开关两端的接线柱并联，示数为6V．若电路只有一处故障，则电路故障为D
A．导线①断路          B．导线②断路
C．滑动变阻器内部断路  D．开关S内部断路
④排除故障后，移动滑动变阻器的滑片P，电压表、电流表示数如图丙所示，则氧气浓度为0时，R_x阻值为3Ω；
⑤补充好氧气浓度与R_x阻值关系表后，小彬制作氧气浓度探测器的电路，如图丁所示，R₀为定值电阻．小彬制作的探测器工作时，氧气浓度越高，电流表示数越小；要想实现“氧气浓度越高，电表示数越大”，应选用电压表与上述电路中的R_x并联．

实验次数	1	2	3
电阻R/Ω	5	10	15
电流I/A	0.6	0.3	0.24

（2）在完成上述实验后，小彬又将图甲中的氧敏电阻R_x换成“5Ω、10Ω、15Ω、30Ω”的定值电阻，探究“电流与电阻的关系”，电源电压仍为6V，滑动变阻器规格为“20Ω  1A”．所测得的几组电流、电压值如表所示．
①由于操怍不当，导致其中一组数据存在错误，请判断第3次实验的数据存在错误，产生错误的原因是未移动滑动变阻器；
②纠正错误以后，小彬继续用30Ω的电阻替换15Ω的电阻进行了第4次实验，发现实验无法进行下去．为完成第4次实验，同学们为他提出了下列解决方案，你认为正确的是B．
A．换成电压为12V的电源
B．更换最大阻值大于或等于30Ω的滑动变阻器
C．可将定值电阻两端的电压调为1.5V．

Answer 1

分析 （1）①按电路图的顺序连接实物；
②为防止电路中的电流过大，烧坏电路元件，保护电路的滑动变阻器处于最大阻值处；
③电压表与开关两端的接线柱并联时示数为6V说明电压表两接线柱与电源之间是通路，而闭合开关S，发现电流表、电压表示数均为0，说明电路电路，即电压表现在并联部分断路；
④根据电表的量程和分度值读出示数，利用欧姆定律求出电阻；
⑤由表格数据可知，氧敏电阻随氧气浓度增大而增大，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和R₀两端的电压变化，根据串联电路的电压特点可知R_x两端的电压变化，然后根据“氧气浓度越高，电表示数越大”确定电压表的位置；
（2）①探究电流与电阻关系时，要保持电压一定，分析表中数据得出结论；
②根据滑动变阻器分压和串联电路电流相等特点分析解答．

解答 解：（1）①按电路图连接实物，滑动变阻器按“一上一下“原则，且接左下接线柱，电路连接如图所示：

②开关闭合前，保护电路的滑动变阻器的滑片处于最大阻值处的B端；
③电压表与开关两端的接线柱并联时示数为6V说明电压表两接线柱与电源之间是通路，且电压表是完好的，电压表分别与导线①的两端、导线②的两端并联，示数都为0，说明电路断路部位是开关断路，D选项符合；
④由图乙可知，电流表的量程为0～3A，分度值为0.1A，示数为1.5A，
电压表的量程为0～15V，分度值为0.5V，示数为4.5V，
则氧气浓度为0时，R_x=$\frac{U}{I}$=$\frac{4.5V}{1.5A}$=3Ω；
⑤由表格数据可知，氧敏电阻随氧气浓度增大而增大，则氧气浓度越高，电路中的总电阻越大，
由I=$\frac{U}{R}$可知，电路中电流表的示数越小，R₀两端的电压越小，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，R_x两端的电压越大，
要想实现“氧气浓度越高，电表示数越大”，应选用电压表与R_x并联．
（2）①当接入电阻R₂=10Ω时，电路中的电流为I₂=0.3A，此时滑动变阻器接入的阻值为R=$\frac{U-{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{6V-3V}{0.3A}$=10Ω，
将R₂换为R₃=15Ω时，滑动变阻器滑片位置不动，此时电流中的电流为I=$\frac{U}{R+{R}_{3}}$=$\frac{6V}{10Ω+15Ω}$=0.24A，故第3次实验时，没有移动滑片就读电流表示数了，由于电压一定时，导体中的电流与其电阻成反比，故应该为0.2A；
②纠正错误以后，该小组用30Ω的电阻替换15Ω的电阻进行了第4次实验，
当R₄=30时，由于保持电阻两点电压为U_R=3V不变，则滑动变阻器两端分的电压为U′=U-U_R=6V-3V=3V，
此时电流为I_R=I′=$\frac{{U}_{R}}{{R}_{4}}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A，则滑动变阻器需要接入的阻值为：R′=$\frac{{U}^{′}}{{I}^{′}}$=$\frac{3V}{0.1A}$=30Ω＞20Ω，此时滑动变阻器的阻值不能满足要求，故应换用以更大阻值的变阻器，故选B．
故答案为：（1）①如上图所示；②B；③D；④3；⑤R_x；（2）①3；未移动滑动变阻器；②B．

点评 本题考查了实物电路图的连接和实验的注意事项、电路故障的判断、电表的读数、欧姆定律的应用、描点法作图、电路的动态分析等，要注意根据电源的电压确定电压表的量程，根据电路中的最大电路确定电流表的量程．