Question

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）	0.25	0.20	0.18	0.17	0.18	0.19
電壓表V1的示數(shù)（伏）	3.75	3.00	2.70	2.55	2.70	2.85
電壓表V2的示數(shù)（伏）	2.25	3.00	3.30	3.45	3.30	3.15

表二（乙同學(xué)測得實(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）	0.24	0.17	0.13	0.11	0.09	0.08
電壓表V1的示數(shù)（伏）	3.60	2.55	1.95	1.65	1.35	1.20
電壓表V2的示數(shù)（伏）	2.40	3.45	4.05	4.35	4.65	4.80

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回答下列問題：
（1）根據(jù)表一中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請你通過計(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)，請你通過比較、分析來說明甲、乙兩同學(xué)測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同的原因（請畫出電路圖說明）．
（3）根據(jù)（2）中的分析，請你思考：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．

Answer 1

【答案】分析：（1）由圖可知，觸片將圓形電阻分成兩部分，兩部分并聯(lián)后與R串聯(lián)；因總電阻為R，則可知每小段的電阻為，則可求得每種情況并聯(lián)后的總電阻；電壓表V₁測R₁兩端的電壓；V₂測并聯(lián)部分的電壓，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)可求得電源電壓；同時(shí)利用歐姆定律可求得電阻R的阻值及R的阻值；則當(dāng)滑片打在A點(diǎn)時(shí)，電路中圓形電阻被短路，則可由歐姆定律求得電流及電壓；
（2）分析兩圖中的數(shù)據(jù)可知乙同學(xué)所做的數(shù)據(jù)中電流值要比甲同學(xué)所做實(shí)驗(yàn)中的電流值要小，故由歐姆定律可分析電路中可能出現(xiàn)的情況；
（3）根據(jù)電路中出現(xiàn)的問題，畫出等效電路圖，則可根據(jù)歐姆定律求得電路中的電流及電壓表的示數(shù)．
解答：解：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===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′===0.4A；
此時(shí)電壓表V₁測電源電壓，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，兩部分并聯(lián)；則并聯(lián)部分的電阻R_并=；
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_并==≈20Ω；
則總電阻R=4×R_并=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��；故說明乙同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能是接入一段導(dǎo)線，故說明乙同學(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===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=0.15A×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．
點(diǎn)評：本題對學(xué)生的邏輯推理能力、物理知識(shí)的直接應(yīng)用及遷移應(yīng)用能力的要求較高，應(yīng)通過仔細(xì)審題，找出電路的正確的結(jié)構(gòu)，再利用所學(xué)過的串并聯(lián)電路的規(guī)律進(jìn)行分析解答．