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  • 在圖所示的電路中,直徑為D的圓環(huán)是用超細(xì)均勻的電阻絲制成的,其阻值為R,圖中A、B…、H為圓環(huán)的等分點(diǎn),A點(diǎn)固定.P為滑片,且滑片P能沿圓環(huán)滑動(dòng),并保持良好的接觸,電源電壓恒定

    在圖所示的電路中,直徑為D的圓環(huán)是用超細(xì)均勻的電阻絲制成的,其阻值為R,圖中A、B…、H為圓環(huán)的等分點(diǎn),A點(diǎn)固定.P為滑片,且滑片P能沿圓環(huán)滑動(dòng),并保持良好的接觸,電源電壓恒定.當(dāng)閉合電鍵K后,滑片P沿圓環(huán)順時(shí)針滑動(dòng)時(shí),圖中各電表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化.甲、乙兩同學(xué)按此電路圖,分別做實(shí)驗(yàn),并記下當(dāng)滑片P在某些位置時(shí)各電表的示數(shù),如表一、表二所示.

    表一(甲同學(xué)測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)):
    滑片P的位置位置B位置C位置D位置E位置F位置x位置A
    電流表A的示數(shù)(安)0.250.200.180.170.180.19
    電壓表V1的示數(shù)(伏)3.753.002.702.552.702.85
    電壓表V2的示數(shù)(伏)2.253.003.303.453.303.15
    表二(乙同學(xué)測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)):
    滑片P的位置位置B位置C位置D位置E位置F位置G位置x
    電流表A的示數(shù)(安)0.240.170.130.110.090.08
    電壓表V1的示數(shù)(伏)3.602.551.951.651.351.20
    電壓表V2的示數(shù)(伏)2.403.454.054.354.654.80
    根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),回答下列問(wèn)題:
    (1)根據(jù)表一中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),請(qǐng)你通過(guò)計(jì)算、分析完成表一中位置A下的空格,在圖上標(biāo)出位置x(大致位置).
    (2)根據(jù)表一、表二中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),請(qǐng)你通過(guò)比較、分析來(lái)說(shuō)明甲、乙兩同學(xué)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同的原因(請(qǐng)畫(huà)出電路圖說(shuō)明).
    (3)根據(jù)(2)中的分析,請(qǐng)你思考:當(dāng)滑片P滑到GA之間位置x時(shí),則表二中位置x下的空格可能的數(shù)據(jù)(即各電表的示數(shù))分別是______
    A.0.05安,0.75伏,5.25伏.    B.0.07安,1.05伏,4.95伏.
    C.0.16安,2.40伏,3.60伏.    D.0.25安,3.75伏,2.25伏.
    E.0.30安,4.50伏,1.50伏.    F.0.35安,5.25伏,0.75伏.
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    優(yōu)質(zhì)解答
    由表中數(shù)據(jù)可知,電源電壓U=U1+U2=3.75V+2.25V=6V,R的阻值R1=
    U
    I
    =
    3.6V
    0.24A
    =15Ω;
    當(dāng)滑片接A時(shí),圓形電阻被短路,則電路中只有R1接入;則由歐姆定律可得:
    電路中電流I′=
    U
    R1
    =
    6V
    15Ω
    =0.4A;
    此時(shí)電壓表V1測(cè)電源電壓,故V1的示數(shù)為6V;電壓表V2并聯(lián)在導(dǎo)線兩端,故電壓表V2的示數(shù)為0;
    當(dāng)滑片接E點(diǎn)時(shí),電路中圓形電阻被分為相同的兩部分,每部分的電阻為
    R
    2
    ,兩部分并聯(lián);則并聯(lián)部分的電阻R=
    R
    4
    ;
    由甲圖數(shù)據(jù)可知,此時(shí)V2示數(shù)為3.45V,I′=0.17A;則由歐姆定律可求得R=
    U2
    I′ 
    =
    3.45V
    0.17A
    ≈20Ω;
    則總電阻R=4×R=4×20Ω=80Ω;
    因觸片將圓形導(dǎo)線分成兩部分,則由并聯(lián)電路的電阻規(guī)律及圓的對(duì)稱性可知,滑片接G時(shí)的電流、電壓情況應(yīng)和接C點(diǎn)時(shí)的情況相同,即電流值為0.2A;且由E轉(zhuǎn)到A時(shí)電流逐漸減小的;因X點(diǎn)的電流介于0.18A~0.20A之間,故可知,X點(diǎn)應(yīng)在F、G之間;故答案如圖所示:

    (2)比較兩表可知,乙表中的電流值總要比甲表中的電流值稍小一些,則說(shuō)明同樣接入時(shí),乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電阻要大于甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電阻;
    因電阻并聯(lián)后總電阻要減??;故說(shuō)明乙同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí),只能是接入一段導(dǎo)線,故說(shuō)明乙同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該是導(dǎo)線的一部分發(fā)生了斷路;
    因從A到G一直有示數(shù),故說(shuō)明只能是G到A之間的部分的某點(diǎn)發(fā)生了斷路故障;兩同學(xué)做的實(shí)驗(yàn)電路等效如下:

    (3)由2的分析可知,在G、A之間斷路存在,則應(yīng)考慮X點(diǎn)在斷點(diǎn)之前或斷點(diǎn)之后兩種情況;若X在斷點(diǎn)之前,則電流應(yīng)小于G點(diǎn)時(shí)的電流0.08A;但最小不會(huì)小于全部接入時(shí)的電流,即I最小=
    U
    R+R1
    =
    6V
    80Ω+15Ω
    =0.06A;故A錯(cuò)誤;
    當(dāng)電流等于0.07A時(shí),此時(shí)電壓表V1示數(shù)U1′=0.07A×15Ω=1.05V;電壓表V2的示數(shù)為6V-1.05V=4.95V;故B正確;
    若觸點(diǎn)在斷點(diǎn)之后,則接入電路的為觸點(diǎn)與A之間的部分,則此時(shí)電流應(yīng)介于0.17A~0.4A之間;故C不可能;
    若電流為0.25A,則電壓U1=0.25A×15Ω=3.75V;U2=U-U1=1.25V;故D正確;
    若電流為0.30A,同理可得電壓分別為4.5V和1.5V,故E正確;
    若電流為0.35A,同理可得電壓分別為5.25V和0.75V,故F正確;
    答:(1)位置 A下的數(shù)值分別為:0.40A;6V;0;X點(diǎn)如圖所示;(2)G和A之間的電路出現(xiàn)了斷路,形成的電路圖如圖(b)所示;(3)B、D、E、F.
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