Question

13．为了迎接中考实验加试，同学们到电学实验室分成几个小组做实验：

（一）第一小组的丁丁和宁宁同学做“探究通过导体的电流与电阻的关系”的实验中，采用了如图1甲所示的电路图．
（1）请按照电路图，用笔画线代替导线，帮他们将图1乙中的实物图连接完整．已知电源为两节干电池串联．
（2）实验过程中，当宁宁把电阻R由5Ω换成10Ω时，他应把滑动变阻器的滑片P由原来的位置向左调，目的是保持电压表示数不变，然后再记录电流表的示数．
（3）如表是他们测得的三组数据，据此数据可得到的结论是：在电压不变时，通过导体的电流与导体的电阻成反比．

电阻/Ω	5	10	20
电流/A	0.4	0.2	0.1

（4）本实验中测量了多组数据，爱思考的丁丁想到：在许多实验中都需要进行多次测量，有的是为了从不同情况中找到普遍规律，有的是为了求平均值以减小误差．你认为下列实验中多次测量的目的与本实验相同的是C
A．测量物体的长度    B．用伏安法测量定值电阻的阻值   C．探究重力大小与质量的关系
（5）丁丁想用一50Ω电阻再做一次，但换上电阻后发现无论怎样调节滑片都不能使电压表示数变为2V，你认为产生这个现象的原因可能是：变阻器的最大阻值小于25Ω．
（二）第二小组的媛媛和芳芳两位同学做测量未知电阻的实验
（1）媛媛采用了如图2甲所示的电路测量未知电阻的阻值，某次测量中，电压表、电流表示数如图2乙，电压表的读数为1.8V，电流表的读数为0.24A，则R_x=7.5Ω．
（2）芳芳采用了如图2丙所示的电路测量电阻R_x的阻值，其中R₀阻值已知．实验步骤如下：先闭合S₁、S₂，读出此时电压表读数U₁；再闭合S₁，断开S₂，读出此时电压表读数U₂．则被测电阻R_x的阻值表达式为：R_x=$\frac{{U}_{1}{-U}_{2}}{{U}_{2}}$×R₀．（用R₀、U₁、U₂表示）．

Answer 1

分析 （一）（1）根据电源电压确定电压表量程与电阻并联，根据电路图连接实物图；
（2）研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，当换上较大电阻时，先根据分压原理确定电压表示数的变化，再由串联电路电压的规律确定变阻器滑片移动的方向；
（3）横向分析比较表中数据得出结论；
（4）确定本实验的确定多次测量的目的，逐一分析每个选项的目的，确定正确答案；
（5）换成50Ω电阻，比滑动变阻器的最大电阻大得多、分压大得多，因此调节滑片无法使电压表的示数为2V；
（二）（1）读取电流表或电压表示数时，首先要明确它们选择的量程和对应的分度值，读数时视线与指针所在刻线相垂直；由欧姆定律求电阻大小；
（2）分析在开关转换的过程中电路的连接及电压表测量的量，根据欧姆定律求出通过定值电阻的电流，根据串联电路的规律结合欧姆定律写电阻R_x的表达式．

解答 解：（1）电源电源为3V，电压表选用小量程与R并联，电流表串联在电路中，变阻器滑片右边电阻丝连入电路中，注意电表正负接线柱的接法，如下所示：

（2）实验过程中，当宁宁把电阻R由5Ω换成10Ω时，根据分压原理，电压表示数变大，根据研究电流与电阻的关系时，要控制电压表示数不变，由串联电路电压的规律，应增大变阻器分得的电压，故他应把滑动变阻器的滑片P由原来的位置向左调，然后再记录电流表的示数；
（3）由表中他们测得的三组数据：电阻变为原来的几倍，通过的电流变为原来的几分之一，即据此数据可得到的结论是：在电压不变时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（4）本实验中测量了多组数据，目的是为了避免实验的偶然性，得出普遍性的结论，
A、B．这两个实验，多次测量是为了取平均值减小误差；不符合题意；
C．探究重力大小与质量的关系，多次测量是为了避免实验的偶然性，得出普遍性的结论；符合题意；
故选C；
（5）根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压U_滑=3V-2V=1V，变阻器的电压是电压表示数的$\frac{1V}{2V}$倍，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻R_滑=$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω，即变阻器的最大电阻至少为25Ω，丁丁想用一50Ω电阻再做一次，但换上电阻后发现无论怎样调节滑片都不能使电压表示数变为2V，产生这个现象的原因可能是变阻器的最大阻值小于25Ω；
（二）（1）电压表选择的是0～3V量程，对应的分度值为0.1V，此时的示数为1.8V；
电流表选择的是0～0.6A量程，对应的分度值为0.02A，此时的电流为0.24A；
待测电阻大小R=$\frac{U}{I}=\frac{1.8V}{0.24A}$=7.5Ω；
（2）先闭合S₁、S₂，待测电阻短路，电路中只有R₀，电压表测量电源电压，即电源电压为U₁；
再闭合S₁，断开S₂，两电阻串联，读出此时电压表读数U₂，电压表测量R₀两端的电压；
此时通过定值电阻的电流，即电路中的电流I=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}$，
根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和得：
被测电阻R_x两端的电压U_x=U₁-U₂，
根据欧姆定律得：被测电阻R_x=$\frac{{U}_{X}}{I}=\frac{{U}_{1}{-U}_{2}}{\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{1}{-U}_{2}}{{U}_{2}}$×R₀．
故答案为：（一）（1）如上所示；
（2）左；保持电压表示数不变；
（3）在电压不变时，通过导体的电流与导体的电阻成反比；
（4）C；
（5）阻器的最大阻值小于25Ω；
（二）（1）1.8；0.24；7.5；
（2）$\frac{{U}_{1}{-U}_{2}}{{U}_{2}}$×R₀．

点评 本题探究通过导体的电流与电阻的关系，考查电路的连接、操作过程、分析数据归纳结论的能力及多次测量的目的和器材的选择，同时也涉及到电阻的实验，考查电表读数、电阻计算及在没有电流表情况下测电阻的方法，综合性强．