Question

小明与伙伴一起，研究串联电路中的相关物理规律．
（1）小明想探究串联电路的等效电阻大小与各串联电阻大小的关系．按下图连接好电路，若闭合开关后，发现电流表有示数，而电压表无示数，则故障原因可能是：

 

．
A．R₁断路   B．R₂断路  C．电压表断路  D．电源处断路

电流I/A	电压U1/V	电压U2/V	电压U总/V	电路中的电阻关系
0.3	1.5	3.0	4.5

（2）排除故障后，依次测量出电路中的电流和各部分电压大小，记录在表格中，可以得出串联电路中的电阻大小关系为：

 

．
（3）接着，他们想探究电路的总功率与两个串联电阻功率大小的关系，重新进行实验所测得的数据与上次相同，由此计算出一组功率数据．为了完善实验，他们找到一个电压为6V的蓄电池，更换到原电路中后，闭合开关，两表示数如图．此时，电流表示数为

 

A，R₂的功率为

 

W．
（4）为了测量出第三组数据，他们又找来一个电压约为24V的蓄电池，更换到电路中，小明发现电路的总电压无法测量．现只有一些定值电阻、正常的电压表和若干导线，请你帮助解决此难题，把测量总电压的方法，在方框中画出来．
（5）小明在读电流表示数时，观察到表头内部有小线圈和像磁极的东西，当有电流通过时线圈就会带动指针偏转，那么线圈偏转的可能原因是

 

．

Answer 1

分析：（1）电流表串联在电路中，电流表有示数说明电路中串联的部分没有断路，电压表并联在电阻两端，电压表无示数，说明电压表本身出现了问题；
（2）根据公式R=

U

I

分别计算出电阻R₁、R₂以及R_总的大小进行比较即可；
（3）根据电流表、电压表读数的步骤：“先看量程，再看分度值，最后读数”即可读出图中电流表以及电压表的示数；电压表测量的是R₁两端的电压，再根据串联电路中电压的规律即可求得R₂两端的电压，最后根据P=UI即可求得R₂的功率；
（4）分别取用两个相同的定值电阻串联，再与原来的两个电阻并联起来；将电压表并联在一个定值电阻两端，能测量出一个定值电阻两端的电压，则根据串联分压的特点可知：两个定值电阻两端的电压是相等的，而且总电压等于两个定值电阻两端电压的和；
（5）根据通电线圈在磁场中受力的作用来分析即可．

解答：解：（1）因为电流表串联在电路中，电流表有示数，
所以，说明电路中串联的部分没有断路；
又知：电压表并联在电阻两端，电压表无示数，有两种可能，电压表并联的电阻短路后电压表本身断路，故选C．
（2）根据欧姆定律可知：R=

U

I

；
则R₁=

U1

I

=

1.5V

0.3A

=5Ω，R₂=

U2

I

=

3.0V

0.3A

=10Ω，R_总=

U总

I

=

4.5V

0.3A

=15Ω；
则R_总=R₁+R₂．
（3）电流表选择的是0～0.6A的量程，分度值为0.02A，故该电流表的示数为0.4A．
电压表选择的量程是0～3V，分度值为0.1V，则该电压表的示数为2V；
则R₂两端电压为：U₂=U_总-U₁=6V-2V=4V；
根据P=UI可得：R₂的功率为P₂=U₂?I=4V×0.4A=1.6W．
（4）分别取用两个相同的定值电阻串联，再与原来的两个电阻并联起来；将电压表并联在一个定值电阻两端，能测量出一个定值电阻两端的电压，则根据串联分压的特点可知：两个定值电阻两端的电压是相等的，而且总电压等于两个定值电阻两端电压的和；电路图如右所示．
（5）通电线圈在磁场中受力的作用，故有电流通过时线圈就会带动指针偏转．
故答案为：（1）C；
（2）R=R₁+R₂（或电路等效电阻的大小等于各串联电阻大小之和）；
（3）0.4，1.6；
（4）测量电路如图所示；
（5）磁场对电流的作用（或通电线圈在磁场中受力转动）．

点评：此题是一道电学方面的综合题，考查了欧姆定律、电功率的计算、电压表及电流表的读数以及电路故障问题等；本题的难点是第（4）问中的设计电路部分．