Question

16．某同學在測量電阻R_x的阻值時采用了如圖甲電路：（整個實驗過程中電源電壓保持不變）

（1）根據(jù)圖甲所示電路圖，請用筆畫線代替導線把實物圖乙連接完整．
（2）該實驗的原理是R=$\frac{U}{I}$由甲圖可知，閉合開關后，若將滑動片P向左移動，電流表示數(shù)將變大（選填“變大”或“變小”）．
（3）圖丙是某次測量時電表刻度盤的示數(shù)，則此時電壓表示數(shù)是2.4V；電流表示數(shù)是0.24A；由此知R_x的測量值是10Ω．
（4）若將上述測出的R_x作為定值電阻，再提供一個酒精氣敏電阻（用符號R表示，其電阻值隨酒精氣濃度增大而減�。�，一塊電壓表，一節(jié)干電池，一個開關和若干導線，請根據(jù)上述器材設計出交通警察使用的呼氣式酒精濃度檢測儀的電路原理圖，并畫在答題卡對應位置的方框中．要求檢測時駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大，測試儀中電壓表的示數(shù)越大．
（5）同組的小明想測量另一個未知電阻R_x的阻值，但發(fā)現(xiàn)電壓表已經(jīng)損壞．小華幫他設計了如圖丁所示電路（R為已知阻值的定值電阻），并設計了如下實驗步驟，請幫助他把缺少的步驟補全，并寫出R_x的表達式．
實驗步驟：A．按照設計的電路圖連接電路；
B．S斷開時，讀出電流表的示數(shù)記錄為I₁；
C．S閉合時，讀出電流表的示數(shù)記錄為I₂
表達式：R_x=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．（用已知物理量和測量出的物理量的符號表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連接實物圖，可采用“電流流向法”，從電源的正極出發(fā)，按照電流的流向，先串主電路，再將電壓表并在待測電阻的兩端；連接滑動變阻器時，要“一上一下”的原則接線；
（2）伏安法測電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；根據(jù)滑片移動的方向確定滑動變阻器接入電路阻值的變化，然后根據(jù)歐姆定律可知電流表示數(shù)的變化；
（3）根據(jù)圖丙中電壓表和電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表和電流表的示數(shù)，最后根據(jù)伏安法測電阻的原理計算出被測電阻的阻值；
（4）使定值電阻與氣敏電阻串聯(lián)，開關控制整個電路，根據(jù)氣敏電阻值隨酒精氣濃度增大而減小以及串聯(lián)電路分壓的特點確定電壓表測量的對象；
（5）由圖丁可知：在沒有電壓表時，定值電阻與待測電阻串聯(lián)，則利用電源電壓不變，根據(jù)電流表和定值電阻的示數(shù)利用U=IR得出電源電壓的表達式，然后組成等式解之．

解答 解：（1）因為電源電壓為3V，所以電壓表量程選擇0～3V；根據(jù)圖丙可知，電流表選擇0～0.6A；
從電源正極出發(fā)，依次將電流表、被測電阻、滑動變阻器、開關串聯(lián)起來，再將電壓表并聯(lián)在被測電阻的兩端，滑動變阻器注意“一上一下”原則接線；如下圖所示：

（2）伏安法測電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；
閉合開關后，將滑動片P向左移動時，滑動變阻器接入電路的阻值變小，電路中的總電阻變小，由歐姆定律可知，電路中的電流變大，即電流表的示數(shù)變大；
（3）根據(jù)圖丙可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.4V；
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.24A；
被測電阻的阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.4V}{0.24A}$=10Ω；
（4）根據(jù)題意可知，要檢測駕駛員呼出的酒精氣體濃度較大，可使定值電阻與氣敏電阻串聯(lián)，而氣敏電阻值隨酒精氣濃度增大而減小，即酒精氣的濃度越大時，氣敏電阻的阻值越小，根據(jù)串聯(lián)電路分壓特點可知，電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端，開關控制整個電路，如下圖所示：

（5）由圖丁可知：S斷開時，定值電阻與待測電阻串聯(lián)，電流表測量串聯(lián)時的電流；由電阻的串聯(lián)可知：R_串=R_L+R；
由歐姆定律可得：U=I₁（R_x+R）；
S閉合時，只有待測電阻連入電路，電流表測量通過待測電阻的電流；
則步驟C應為：S閉合時，讀出電流表示數(shù)記錄為I₂；
由歐姆定律得：U=I₂R_x，
即I₁（R_x+R）=I₂R_x
故R_x=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
故答案為：（2）R=$\frac{U}{I}$；變大；（3）2.4；0.24；10；（5）S閉合時，讀出電流表示數(shù)記錄為I₂；$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．

點評 本題考查了實物圖的連接、伏安法測兩電阻的原理、滑動變阻器的使用、電流表和電壓表的讀數(shù)、歐姆定律的應用、電路圖的設計以及實驗步驟的設計等內(nèi)容，關鍵明確伏安法測電阻的原理．