《2025年同步测控优化设计九年级物理全一册北师大版》

7. 小兵利用图 Z-4-7 甲中的电路来探究电流与电阻的关系,他在实验中控制电压表的示数不变(为 $ U_0 $),相关器材的规格已在图中标明。

(1) 在图 Z-4-7 甲中,请用笔画线表示导线将电压表接入电路。
(2) 开关闭合前,滑动变阻器的滑动头应移动到最______端。
(3) 闭合开关,将电阻箱的阻值调至某值,调节滑动变阻器时,小兵发现电压表的示数始终为零而电流表的示数有明显变化,电路故障可能是电阻箱______。
(4) 排除故障,断开开关,保持滑动头的位置不变,将电阻箱的阻值从 $ 20 \, \Omega $ 调至 $ 10 \, \Omega $,闭合开关,发现电压表的示数______(选填“大于”或“小于”)$ U_0 $,应向______(选填“左”或“右”)移动滑动头才能达到实验要求。
(5) 小兵调节电阻箱的阻值 $ R $,进行多次实验,绘制的 $ I $ 与 $ \frac{1}{R} $ 的关系图像如图 Z-4-7 乙所示。分析图像可知：在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成______。
(6) 小兵又想利用等效替代法较准确地测量电阻 $ R_x $ 的阻值(阻值约为 $ 500 \, \Omega $),即利用电阻箱直接读取 $ R_x $ 的阻值。他选用的器材有：蓄电池(电压为 $ 6 \, V $)、电阻箱($ 0 \sim 9999 \, \Omega $)、滑动变阻器($ 100 \, \Omega $ $ 1 \, A $)、电流表($ 0 \sim 0.6 \, A $ 和 $ 0 \sim 3 \, A $)、电压表($ 0 \sim 3 \, V $ 和 $ 0 \sim 15 \, V $)、开关及导线等。
① 请选用合适的器材进行测量,并在虚线框内画出电路图。
② 请对上述设计中两个电表是否选用及所选电表的使用情况进行说明,并陈述理由。______。

答案：

(1)如图 D-12-10 所示

(2)左
(3)短路
(4)小于 右
(5)反比
(6)①如图 D-12-11 所示 ②选用电压表进行实验,不选用电流表。因为电路中电流的最大值约为$\frac{6\ V}{500\ \Omega}=0.012\ A$,小于电流表的分度值,无法读数,无法完成实验。根据串联电路中的电压特点可知,$R_{x}$两端电压在5~6 V范围内变化,滑动变阻器两端电压在0~1 V范围内变化,因此电压表应并联在滑动变阻器两端,且应选用0~3 V的量程,这样测量的精确度更高。