Question

4．实验桌上提供了符合要求的电源一个，阻值未知的定值电阻1只，已调零的电流表和电压表各1块，开关1个，滑动变阻器一个，最大阻值为R（铭牌上标有“20Ω1A”），导线若干．用这些器材设计测量未知定值电阻的实验探究，请你完成下列问题：
（1）下列问题中，不属于可探究的科学问题是C．
A．改变通过电阻的电流，电阻的电功率会改变吗？
B．改变导体两端电压，通过导体的电流会改变吗？
C．应该倡导市民使用节能灯照明吗？
D．导体产生的热量跟通电时间有关吗？
（2）在测量定值电阻的实验中，璐璐选择了满足实验要求的实验器材，连接的实验电路如图所示，请你添加两条导线将实验电路补充完整；

（3）连接电路后闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，则电路中发生的故障可能是电阻R_x短路；
（4）排除故障后，璐璐调节滑动变阻器，当电压表的示数为2.4V时，电流表的示数如图乙所示，电阻的阻值5Ω．
（5）测出电阻后，璐璐认为实验完成了，小妍则认为仅这样就得出电阻的阻值不够可靠，原因是：只做一次实验，得到的数据误差大．
（6）璐璐正准备继续实验，发现电流表已损坏．她利用电压表和滑动变阻器对该电阻Rx再次测量．请你帮她将实验步骤补充完整：
①按照所设计的电路图连接好电路；
②将滑片移至最大阻值处，闭合开关，读出电压表的示数U₁；
③闭合开关S，调节滑动阻器的滑片P，使滑动变阻器阻值为零，测得电压表示数为U₂．
④根据已知条件和测量结果，写出此方法所测得的该电阻的表达式：Rx=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}-{U}_{1}}•R$（滑动变阻器最大阻值用R表示）．

Answer 1

分析 （1）科学问题是指能够通过收集数据而回答的问题．一般而言，可以探究的科学问题描述的是两个或多个变量之间的关系；
（2）在“伏安法测电阻”实验中，需要待测电阻、电流表、滑动变阻器、电源、开关使用导线串联组成电路，并且电压表与待测电阻并联测量电阻两端电压；
（3）电流表有示数，则应排除断路，电压表无示数，则说明与电压表并联的电路短路；
（4）先由图乙读出电流表示数，再利用公式R=$\frac{U}{I}$计算电阻的阻值；
（5）为减小误差应多次测量求平均值；
（6）将电压表与电阻并联，分别使滑动变阻器的阻值最大和最小，读出两次的电压表示数，根据变阻器阻值最大时的电压求得电路中的电流，从而可求出被测电阻值

解答 解：（1）是否应该鼓励市民使用节能灯照明这一问题也是节能减排的典型应用，故结论是肯定的，所以可探究性不大，故C符合题意；
（2）在“伏安法测电阻”实验中，需要待测电阻、电流表、滑动变阻器、电源、开关使用导线串联组成电路，由图知，大部分用电器已经正确连接，由于电源电压是3V，故电压表用小量程，实物连接如下：

（3）连接电路后闭合开关，电流表有示数，说明电路是通路，电压表无示数，说明未知电阻短路；
（4）由图乙知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.2A，示数为0.48A，电流I=0.48A，则电阻的阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.4V}{0.48A}$=5Ω；
（5）只测一组数据，数据具有偶然性，误差较大，应多测几组数据求平均值；
（6）③闭合开关S，调节滑动阻器的滑片P，使滑动变阻器阻值为零，测得电压表示数为U₂；
④将滑片移至最大阻值处，闭合开关，读出电压表的示数U₁；将滑片移至最小阻值处，读出电压表的示数U₂；
当滑片移至最大阻值处，变阻器两端的电压U_滑=U₂-U₁；则电路中的电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$；
待测电阻阻值为Rx=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{{U}_{1}}{\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}}$=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}-{U}_{1}}•R$；
故答案为：（1）C；（2）如上图所示；（3）电阻Rx短路；（4）5；（5）只测一组数据，误差较大；（6）③闭合开关S，调节滑动阻器的滑片P，使滑动变阻器阻值为零，测得电压表示数为U₂；（6）④$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}-{U}_{1}}•R$；

点评 此题考查的是伏安法测电阻的实验电路图和实物连接、电流表、电压表的读数以及电阻的计算，属于电学最重要的实验，但考查的难度不大，容易解答．