如圖,甲、乙電路是某個實驗小組利用“等效替代”的思想設計的測量電阻Rx阻值的兩個電路圖(其中R為電阻箱,也是一種變阻器,它優越于滑動變阻器的地方是:每次調節完畢都可以讀出連入電路中電阻值的大小).老師看了他們設計的這兩個方案,告訴他們兩個方案中有一個可行,另一個不可行,不可行方案在原基礎上經過一定的改進后會變得可行.
請你評價甲、乙兩個電路的設計方案,要求:
(1)對可行方案簡要寫出實驗步驟.
(2)對不可行方案說明理由,并在其基礎上加以改進,使方案可行.(畫出改進后的電路圖即可,注意要仍滿足“等效替代”的設計思想)
甲方案:
乙方案:
解:(1)甲實驗方案可行.
實驗步驟為:A.根據電路圖,連接實物,將電阻箱的阻值調至最大,滑動變阻器的滑片移到適當位置處.
B.把開關S接a點,讀出電流表的示數為I.
C.把開關S接b點,調節電阻箱,使電流表的示數與步驟B中電流表的示數相同.
(2)由等效替代法可知,當開關接1時,讀出電壓表的示數;然后保持滑動變阻器接入電路的阻值保持不變開關接2,調節電阻箱的阻值,使電壓表的示數相同,說明待測電阻Rx和電阻箱R0的阻值是等效電阻,即可得到待測電阻的大小.
(1)由甲電路圖可知,當開關接1時,電路為Rx的簡單電路,電流表測電路中的電流,讀出此時電流表的示數;開關接2時,電路為R的簡單電路,電流表測電路中的電流,調節電阻箱,使電流表的示數不變,則此時電阻箱的示數即為Rx的阻值,故此方案可行,據此寫出實驗步驟.由圖乙可知,電壓表測電源的電壓,無法直接或間接測出通過Rx的電流,故此方案不可行.
(2)在乙圖的基礎上添加一滑動變阻器,電壓表測R或Rx兩端的電壓;由等效替代法可知,當開關接1時,讀出電壓表的示數;然后保持滑動變阻器接入電路的阻值保持不變開關接2,調節電阻箱的阻值,使電壓表的示數相同,說明待測電阻Rx和電阻箱R0的阻值是等效電阻,即可得到待測電阻的大小.
點評:本題考查了滑動變阻器的作用、轉換法和控制變量法,解決本題的關鍵是理解等效替代法的思想.
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