6 小明设计了如图所示的电路,完成了电阻$ R_x $的阻值的测量($ R_0 $为滑动变阻器且已知它的最大阻值为$ R_0 $)。请完成下列步骤:

(1)闭合开关S,把滑片移到最左端,记下电流表的示数$ I_1 $。
(2)
(3)电阻$ R_x = $
(1)闭合开关S,把滑片移到最左端,记下电流表的示数$ I_1 $。
(2)
闭合开关S,把滑片移到最右端
,记下电流表的示数$ I_2 $。(3)电阻$ R_x = $
$\dfrac{I_2 R_0}{I_1-I_2}$
(用$ I_1 $、$ I_2 $和$ R_0 $表示)。答案
(2) 闭合开关S,把滑片移到最右端
(3) $\dfrac{I_2 R_0}{I_1-I_2}$
(3) $\dfrac{I_2 R_0}{I_1-I_2}$
解析
【分析】
要测量未知电阻$R_x$,利用电源电压不变,通过改变滑动变阻器的阻值,得到两次不同的电路电流,结合欧姆定律联立方程求解。步骤(1)中滑片移到最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,电路仅含$R_x$,可得到电源电压与$R_x$的关系;步骤(2)需将滑片移到最右端,使滑动变阻器接入最大阻值$R_0$,得到串联时的电流,再联立两个关系式即可求出$R_x$。
【解析】
(1)闭合开关S,滑片移到最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,电路为$R_x$的简单电路,根据欧姆定律,电源电压$U = I_1 R_x$;
(2)闭合开关S,把滑片移到最右端,此时滑动变阻器接入最大阻值$R_0$,$R_x$与$R_0$串联,总电阻为$R_x + R_0$,根据欧姆定律,电源电压$U = I_2 (R_x + R_0)$;
(3)由于电源电压不变,联立两个式子:$I_1 R_x = I_2 (R_x + R_0)$,整理得:
$I_1 R_x = I_2 R_x + I_2 R_0$
$R_x (I_1 - I_2) = I_2 R_0$
解得:$R_x = \frac{I_2 R_0}{I_1 - I_2}$。
【答案】
(2) 闭合开关S,把滑片移到最右端;(3) $\dfrac{I_2 R_0}{I_1 - I_2}$
【知识点】
欧姆定律、串联电路电阻特点
【点评】
本题是间接测量未知电阻的典型题型,利用电源电压不变的特点,通过两次不同的电路状态建立方程求解,重点考查欧姆定律和串联电路规律的应用,需要学生理清两次电路的电阻变化,正确推导关系式。
【难度系数】
0.6
要测量未知电阻$R_x$,利用电源电压不变,通过改变滑动变阻器的阻值,得到两次不同的电路电流,结合欧姆定律联立方程求解。步骤(1)中滑片移到最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,电路仅含$R_x$,可得到电源电压与$R_x$的关系;步骤(2)需将滑片移到最右端,使滑动变阻器接入最大阻值$R_0$,得到串联时的电流,再联立两个关系式即可求出$R_x$。
【解析】
(1)闭合开关S,滑片移到最左端时,滑动变阻器接入电阻为0,电路为$R_x$的简单电路,根据欧姆定律,电源电压$U = I_1 R_x$;
(2)闭合开关S,把滑片移到最右端,此时滑动变阻器接入最大阻值$R_0$,$R_x$与$R_0$串联,总电阻为$R_x + R_0$,根据欧姆定律,电源电压$U = I_2 (R_x + R_0)$;
(3)由于电源电压不变,联立两个式子:$I_1 R_x = I_2 (R_x + R_0)$,整理得:
$I_1 R_x = I_2 R_x + I_2 R_0$
$R_x (I_1 - I_2) = I_2 R_0$
解得:$R_x = \frac{I_2 R_0}{I_1 - I_2}$。
【答案】
(2) 闭合开关S,把滑片移到最右端;(3) $\dfrac{I_2 R_0}{I_1 - I_2}$
【知识点】
欧姆定律、串联电路电阻特点
【点评】
本题是间接测量未知电阻的典型题型,利用电源电压不变的特点,通过两次不同的电路状态建立方程求解,重点考查欧姆定律和串联电路规律的应用,需要学生理清两次电路的电阻变化,正确推导关系式。
【难度系数】
0.6
7 (提素养)在学习了“电阻的测量”后,小华同学设想将电流表改装成可直接测量电阻的仪表,并设计了如图甲所示的电路,M、N是连接待测电阻的接线柱。电流表选定量程为0~0.6 A,电源电压为6 V。

(1) 闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于
(2) 将M、N直接用导线相连,调节滑动变阻器的滑片P,使电流表满偏(示数为0.6 A),此时,滑动变阻器接入电路的阻值为
(3) 在M、N之间接入一个电阻,电流表的指针位置如图乙所示,电流的大小为
(4) 综上可知,若通过电流表的电流为I,M、N之间接入电阻的阻值表达式为R=
(5) 该装置使用一段时间后,电源电压减小,这将导致电阻的测量值
(1) 闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于
$B$
(填“A”或“B”)端。(2) 将M、N直接用导线相连,调节滑动变阻器的滑片P,使电流表满偏(示数为0.6 A),此时,滑动变阻器接入电路的阻值为
10
Ω,此后,保持滑片P的位置不变。(3) 在M、N之间接入一个电阻,电流表的指针位置如图乙所示,电流的大小为
0.1
A,接入电阻的阻值为50
Ω。(4) 综上可知,若通过电流表的电流为I,M、N之间接入电阻的阻值表达式为R=
$\dfrac{6}{I}-10$
(用题目给定量、计算已得量表示,不标注单位)。依据R与I的对应关系,将电流表表盘上的刻度对应改为M、N之间所接电阻的阻值,从而完成将电流表改装成直接测量电阻的仪表。将电流表改装成直接测量电阻的仪表后,仪表盘上的刻度是不均匀
(填“均匀”或“不均匀”)的。(5) 该装置使用一段时间后,电源电压减小,这将导致电阻的测量值
偏大
(填“偏小”“不变”或“偏大”)。答案
(1) $B$
(2) 10
(3) 0.1 50
(4) $\dfrac{6}{I}-10$ 不均匀
(5) 偏大
(2) 10
(3) 0.1 50
(4) $\dfrac{6}{I}-10$ 不均匀
(5) 偏大
解析
【分析】
本题是电流表改装电阻表的电学综合题,需结合滑动变阻器使用规则、欧姆定律逐步分析:
1. 闭合开关前,滑动变阻器需调至最大阻值处保护电路;
2. M、N直接相连时,电路为滑动变阻器的简单电路,利用欧姆定律计算滑动变阻器阻值;
3. 读取电流表示数时,先确定量程和分度值,再计算电流,结合总电阻与滑动变阻器阻值差得到待测电阻;
4. 根据欧姆定律推导待测电阻表达式,结合函数关系判断刻度是否均匀;
5. 分析电源电压减小对电流和测量电阻的影响,判断测量值偏差。
【解析】
(1) 闭合开关前,滑动变阻器应接入最大阻值以保护电路。由图甲可知,滑片P在B端时,滑动变阻器接入电路的电阻丝最长,阻值最大,故应置于B端。
(2) M、N直接相连时,电路中只有滑动变阻器,电源电压$U=6\ \mathrm{V}$,电流表满偏电流$I_1=0.6\ \mathrm{A}$,根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,滑动变阻器接入阻值$R_{\mathrm{滑}}=\frac{U}{I_1}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$。
(3) 电流表量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,图乙中指针示数为0.1 A。此时电路总电阻$R_{\mathrm{总}}=\frac{U}{I_2}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}}=60\ \Omega$,待测电阻$R=R_{\mathrm{总}}-R_{\mathrm{滑}}=60\ \Omega-10\ \Omega=50\ \Omega$。
(4) 电路总电阻$R_{\mathrm{总}}=\frac{U}{I}=\frac{6}{I}$,待测电阻$R=R_{\mathrm{总}}-R_{\mathrm{滑}}=\frac{6}{I}-10$。由于$R$与$I$成反比例关系,因此仪表盘刻度不均匀。
(5) 电源电压减小后,测量同一待测电阻时,实际电流$I$偏小,而计算时仍用原电源电压6 V,根据$R=\frac{6}{I}-10$,$I$偏小则计算出的$R$偏大,故测量值偏大。
【答案】
(1) $B$
(2) $10$
(3) $0.1$;$50$
(4) $\dfrac{6}{I}-10$;不均匀
(5) 偏大
【知识点】
欧姆定律、滑动变阻器使用、电阻的测量
【点评】
本题通过电流表改装电阻表,综合考查电学核心知识,需理解电路总电阻与待测电阻的关系,分析电源电压变化对测量结果的影响,是电学综合应用的典型题。
【难度系数】
0.5
本题是电流表改装电阻表的电学综合题,需结合滑动变阻器使用规则、欧姆定律逐步分析:
1. 闭合开关前,滑动变阻器需调至最大阻值处保护电路;
2. M、N直接相连时,电路为滑动变阻器的简单电路,利用欧姆定律计算滑动变阻器阻值;
3. 读取电流表示数时,先确定量程和分度值,再计算电流,结合总电阻与滑动变阻器阻值差得到待测电阻;
4. 根据欧姆定律推导待测电阻表达式,结合函数关系判断刻度是否均匀;
5. 分析电源电压减小对电流和测量电阻的影响,判断测量值偏差。
【解析】
(1) 闭合开关前,滑动变阻器应接入最大阻值以保护电路。由图甲可知,滑片P在B端时,滑动变阻器接入电路的电阻丝最长,阻值最大,故应置于B端。
(2) M、N直接相连时,电路中只有滑动变阻器,电源电压$U=6\ \mathrm{V}$,电流表满偏电流$I_1=0.6\ \mathrm{A}$,根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,滑动变阻器接入阻值$R_{\mathrm{滑}}=\frac{U}{I_1}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=10\ \Omega$。
(3) 电流表量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,图乙中指针示数为0.1 A。此时电路总电阻$R_{\mathrm{总}}=\frac{U}{I_2}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.1\ \mathrm{A}}=60\ \Omega$,待测电阻$R=R_{\mathrm{总}}-R_{\mathrm{滑}}=60\ \Omega-10\ \Omega=50\ \Omega$。
(4) 电路总电阻$R_{\mathrm{总}}=\frac{U}{I}=\frac{6}{I}$,待测电阻$R=R_{\mathrm{总}}-R_{\mathrm{滑}}=\frac{6}{I}-10$。由于$R$与$I$成反比例关系,因此仪表盘刻度不均匀。
(5) 电源电压减小后,测量同一待测电阻时,实际电流$I$偏小,而计算时仍用原电源电压6 V,根据$R=\frac{6}{I}-10$,$I$偏小则计算出的$R$偏大,故测量值偏大。
【答案】
(1) $B$
(2) $10$
(3) $0.1$;$50$
(4) $\dfrac{6}{I}-10$;不均匀
(5) 偏大
【知识点】
欧姆定律、滑动变阻器使用、电阻的测量
【点评】
本题通过电流表改装电阻表,综合考查电学核心知识,需理解电路总电阻与待测电阻的关系,分析电源电压变化对测量结果的影响,是电学综合应用的典型题。
【难度系数】
0.5
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