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专题9 电学类创新实验解答总结
【本专题涉及到的常见的实验】
各类电学实验
【方法总结提升】
1、电学实验原理的创新方法
解决电
学设计
型实验
常用的
三种
方法
转换法
将不易测量的物理量转换成可以(或易于)测量的物理量进行测量,然后再反
求待测物理量的值,这种方法叫转换测量法(简称转换法)。如在测量金属丝
电阻率的实验中,虽然无法直接测量电阻率,但可通过测量金属丝的长度和
直径,并将金属丝接入电路测出其电阻,然后再计算出它的电阻率
替代法
用一个标准的已知量替代被测量,通过调整标准量,使整个测量系统恢复到
替代前的状态,则被测量等于标准量
控制变
量法
研究一个物理量与其他几个物理量的关系时,要使其中的一个或几个物理
量不变,分别研究这个物理量与其他各物理量的关系,然后再归纳总结,如
“探究影响导体电阻的因素实验”
2、求解电学创新型实验的基本思路
解题步骤
注意事项
找原型：根据题意找出题中实验在教材中的实验原
型，并能准确、完整地重现出来
创新型实验多是对教材实验或常见
的练习题进行器材和装置的改换而
成，按照实验题目的要求，进行实
验的设计或有关物理量的测量；也
可能是对实验方法加以改进或重组
进行新实验的设计。要注意数据处
理、误差的来源等
找差别：根据题中所提供的实验器材与原型中的器材
进行对比，找出不同点，这往往是解题的“金钥匙”
定方案：通过与原实验对比的结果和需要测量的物理
量，来确定实验设计与实验步骤
3、解决电学创新设计性实验主要抓住两点
一是选择好合适的实验原理，求解电学设计型实验考题的关键是在弄清原理的基础上将基
本方法灵活迁移，从方法迁移中寻找问题的突破口。
二是设计合理的电路，应先依据题意确定电流表、电压表和滑动变阻器等仪器，然后确定
电流表的接法，再选择控制电路并画出实验电路图。
4、创新型实验的解答有三个要点：
①充分参考教材原实验的原理、器材、步骤及数据处理方法，遵循正确、安全、准确的基
本实验原则。
②立足实验要求，选用相关电学规律分析实验原理，如欧姆定律、电功率、电路的串并联
规律、电磁感应定律、安培力等。
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③加强探究性思考，运用物理方法科学设计。
【例题1】导电漆是将金属粉末添加于特定树脂原料中制作而成的能导电的喷涂油漆。现
有一根用导电漆制成的截面为正方形的细长样品（固态），某同学欲测量其电阻率，设计
了如图（a）所示的电路图，实验步骤如下：
a．测得样品截面的边长a = 0.20cm；
b．将平行排列的四根金属探针甲、乙、丙、丁与样品接触，其中甲、乙、丁位置固定，丙
可在乙、丁间左右移动；
c．将丙调节至某位置，测量丙和某探针之间的距离L；
d．闭合开关S，调节电阻箱R 的阻值，使电流表示数I = 0.40A，读出相应的电压表示数
U，断开开关S；
e．改变丙的位置，重复步骤c、d，测量多组L 和U，作出U—L 图像如图（b）所示，得
到直线的斜率k。
回答下列问题：
（1）L 是丙到 （填“甲”“乙”或“丁”）的距离；
（2）写出电阻率的表达式ρ = （用k、a、I 表示）；
（3）根据图像计算出该样品的电阻率ρ = Ω∙m（保留两位有效数字）。
【例题2】小明的外婆家还养了许多的鹅，外公想通过人工方式将鹅蛋孵化出来，那其中
温度测量是重要的一个环节。小明想帮外公设计一个简易电子温度计，用来监测孵化箱中
的温度，他从自己的实验套装中找到以下器材：
A．型号为：MF 52B 102F 的热敏电阻（常温下阻值约几千欧姆）一个；
B．电流表：满偏电流为300μA，内阻为90Ω；
C．电阻箱：0 ~ 999.99Ω，两个；
D．电阻箱：0 ~ 9999.9Ω，一个；
E．滑动变阻器：0 ~ 10kΩ，一个；
F．电源一个：电动势3V，内阻不计；
G．单刀双掷开关一个；
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H．单刀单掷开关一个；
I．导线若干。
（1）由于没有电压表，甲同学设计了如图（1）所示电路来测量该热敏电阻在不同温度下
的阻值，闭合开关S1前，应该将滑动变阻R1调到 （填“a”或“b”）端，电阻箱R2应
该选 （填“C”或“D”）并调到最大值，将S2打到1 位置。将热敏电阻RT放至某温
度下的水中，调节R1，让电流表达到接近满偏值I，将S2打向2 位置，逐渐减小R2阻值，
当电流和之前电流I 相同时，此时R2的阻值就是此温度下RT的阻值。重复此方法，测量得
到如下数据（单位：kΩ）
温
度
0℃
10℃
20℃
30℃
40℃
50℃
60℃
70℃
80℃
90℃
100℃
阻
值
10.00
5.20
3.00
1.60
1.00
0.70
0.83
0.40
0.31
0.24
0.20
（2）其中部分数据已经在图（2）的坐标纸上标出，请将
剩余的点标上并用平滑的曲线描绘出电阻随温度的变化曲线。( )
（3）小明又设计了一个图（3）所示的电路来实现两个档位来制作温度计，可实现0℃ ~
100℃、0℃ ~ 40℃两种测量范围，其中R3= Ω（保留到小数点后2 位），为了测
3
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量体温，应该将开关S4打到 位置（填“c”或“d”）位置。
【例题3】某兴趣学习小组根据所学的电学原理，利用相同的器材，自制了以下图甲、乙
两种不同的电子秤。实验器材有：
直流电源（电动势为
，内阻为
）；
理想电压表V（量程为
）：限流电阻
；
竖直固定的滑动变阻器R（总长
，总阻值
）；
电阻可忽略不计的弹簧，下端固定于水平地面，上端固定秤盘且与滑动变阻器R 的滑动端
连接，滑片接触良好且无摩擦（弹簧劲度系数
）；
开关S 以及导线若干。
重力加速度取
，不计摩擦和其他阻力。
实验步骤如下：
①两种电子秤，托盘中未放被测物前，滑片恰好置于变阻器的最上端，电压表的示数均为
零。
②两种电子秤，在弹簧的弹性限度内，在托盘中轻轻放入被测物，待托盘静止平衡后，当
滑动变阻器的滑片恰好处于下端b 处，此时均为电子秤的最大称重。
请回答下列问题：
（1）两种电子秤，当滑动变阻器的滑片恰好置于最下端时，电压表的示数均为
V；该电子称的最大可测质量均为
。（所有结果保留一位小数）
（2）当电压表的指针刚好指在表盘刻度的正中间时，如甲图所示的方案电子称测得质量为
。如乙图所示的方案电子称测得质量为
。（所有
结果保留一位小数）
（3）方案 （填“甲”或“乙”）更为合理，因为电压表读数U 与物体质量m
成线性关系，电压表改装的电子秤刻度是均匀的。
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【例题4】在“测量金属丝的电阻率”的实验中，某同学选择一根粗细均匀、阻值约为5Ω
的电阻丝进行测量。
（1 ）先测量电阻丝的长度，再用螺旋测微器测量其直径，结果如图1 所示为
mm。
（2）现有电源（电动势E 为3.0V，内阻不计）、开关和导线若干，以及下列器材：
A．电流表（量程0 ~ 0.6A，内阻约0.2Ω）
B．电压表（量程0 ~ 3V，内阻约3kΩ）
C．滑动变阻器（0 ~ 5Ω，额定电流2A）
D．滑动变阻器（0 ~ 200Ω，额定电流1A）
为减小误差，且金属丝两端的电压调节范围尽量大，滑动变阻器应选 （填器材前的字
母）。
（3）要求金属丝两端的电压调节范围尽量大，补充完成图2 中实物间的连线。
（4）上述实验，下列说法正确的是 。
A．多次测量金属丝直径并求平均值可以减小系统误差
B．用U—I 图像处理实验数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
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C．电压表分流会导致电阻测量值偏小
D．电流表分压会导致电阻测量值偏大
（5）电导率是电阻率的倒数，常用单位是(Ω∙cm)－1。电导率是反映水质的一项重要指标。
某种饮用水的电导率约为1.0 × 10－3(Ω∙cm)－1。将该饮用水灌入一个高约12cm、容积约
240mL 的薄壁塑料瓶（如图3 所示），瓶的两端用两个略小于瓶底面积的固定金属圆片电
极密封。能否采用图2 中的实验器材较为精确地测量该饮用水的电导率？ 并简
要阐述理由
1．某同学手头有一个器件，上网查阅相关资料得知该器件为压敏电阻（压敏电压18 ~
750V，承受浪涌电流100 ~ 800A，额定功率为0.1W，可作为间接雷击干扰保护应用方案中
的器件，防止高浪涌峰值对设备的影响，当压敏电阻所吸收的能量大于所能承受的最大能
量时会被损坏）。该同学欲测绘该压敏电阻的U—I 曲线，实验室里可提供的实验器材有：
A．直流电源（输出电压为0 ~ 1000V）
B．电子电流表A（量程为0 ~ 1000A，内阻几乎为零）
C．电压表V（量程为0—30V。内阻为30kΩ）
D．定值电阻有三个（R1= 60kΩ，R2= 180kΩ，R3= 540kΩ）
E．开关S、单刀四掷开关S′及导线若干
在尽可能减小测量误差和保护仪器安全的情况下，请回答下列问题。
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（1）要求压敏电阻两端的电压从0 开始测量到750V（提示：测小电压用大量程时，电压
表示数较小，误差较大，可以分挡测量），请在图甲中完成其余的电路设计 。
（2）若由于电源输出电压未知，则在闭合开关S 前，应将开关S'打到 （选填
“1”或“4”）。
（3）为了保护压敏电阻，开关S 应 （选填“瞬间接触”或“长时间关闭”）。
（4）按正确的电路设计，通过规范的实验操作，多次改变电源的输出电压，获得压敏电阻
两端电压U 和通过它的电流l 的多组数据，作出的U—I 图像如图乙所示。
（5）该同学利用1A 的保险丝和该压敏电阻，给电源电压为12V 的自家路由器安装了一个
避雷电路，如图丙所示，请你结合图丙简述避雷的原理， 。
2．某研究性学习小组利用实验室提供的恒压电源（输出电压不变），按照如图甲所示的电
路来测量一个量程为10V 的电压表的内阻。
该小组的同学们通过实验数据绘制出电压表的示数U 随电阻箱的阻值R 变化的图像，如图
乙所示。由图像可知：（结果均保留两位有效数字）
（1）恒压电源的输出电压为 。
（2）电压表的内阻为 。
（3）若不考虑由读数带来的偶然误差，则该电压表内阻的测量值 （选填“大于”、
“小于”或“等于”）真实值。
3．电子体温计（图1）正在逐渐替代水银温度计。电子体温计中常用的测温元器件是热敏
电阻。某物理兴趣小组制作一简易电子体温计，其原理图如图2 所示。
（1）兴趣小组测出某种热敏电阻的
图像如图3 所示，那么他们选用的应该是图
电路（填“甲”或“乙”）；
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（2）现将上述测量的两个相同的热敏电阻（伏安特性曲线如图3 所示）和定值电阻、恒压
电源组成如图4 所示的电路，电源电动势为6V，内阻不计，定值电阻
，热敏电
阻消耗的电功率为 W（结果保留3 位有效数字）；
（3）热敏电阻的阻值随温度的变化如图5 所示，在设计的电路中（如图2 所示），已知电
源电动势为5.0V（内阻不计），电路中二极管为红色发光二极管，红色发光二极管的启动
（导通）电压为3.0V，即发光二极管两端电压
时点亮，同时电铃发声，红色发光
二极管启动后对电路电阻的影响不计。实验要求当热敏电阻的温度高于
时红灯亮且
铃响发出警报，其中电阻 （填“
”或“
”）为定值电阻。
4．某物理兴趣小组的同学利用量角器、一段均匀电阻丝、电阻箱及灵敏电流计设计了一个
测量电阻Rx的方案，实验电路如图甲所示。主要实验步骤如下：
①将电阻丝紧贴量角器弧边弯曲成型，并依量角器直径两端点裁剪好；
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②按甲图所示的电路原理图连接好各元件；
③将电阻箱的阻值调至R1，并使金属夹K 从A 端沿弧形电阻丝向B 移动，当灵敏电流计的
示数为零时，停止移动金属夹，此时从量角器上读出OA 与OK 间的夹角θ（单位为弧度）；
④改变电阻箱的阻值，重复步骤③，测得多组（θ，R）值；
⑤整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图乙所示。
根据分析，试回答下列问题：
（1）已知乙图中图像与纵轴的截距为－b，由此可求得Rx ，若考虑电流计的
内阻，Rx测量值 （填“有”或“无”）系统误差；
（2）实验时，当金属夹K 调至某位置时，该小组的同学因为观察不仔细认为灵敏电流计
的读数已经为零，实际上，灵敏电流计还有从K 到P 的电流，那么此时测出Rx的值与真实
值相比 （填“偏小”、“相等”或“偏大”）；
（3）该小组同学所在学校与供电站间有两根埋在地下的相同输电线，其中一根导线的某点
因故障与大地相通。该小组同学尝试采用上述实验所涉及的原理找到故障的大致位置，其
方法如图丙所示（终端用导线AB 接通，AB 电阻可忽略），已知电阻丝MN 长L =
80.0cm，输电距离d = 6.0 × 103m，若金属夹K 在电阻丝上距M 端L1= 20.0cm 时，灵敏电
流计示数为零，则故障点C 与输电线起始处的距离为x = m。（结果保留两
位有效数字）
5．某同学利用图（a）所示电路测量电压表V（量程0~3V，内阻大约2000Ω）的内阻Rv和
电阻Rx（阻值大约1000Ω）的阻值。
实验器材有：
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A．电源E（电动势约为4.5V，内阻可忽略不计）
B．电流表
（量程0~0.6A，内电阻约0.2Ω）
C．电流表
（量程0~6mA，内电阻约10Ω）
D．定值电阻R（阻值为1000Ω）
E．滑动变阻器
（0~20Ω，额定电流2A）
F．若干电键和导线R0
实验步骤如下：
（1）选实验器材：为了使测量结果尽量准确且两电表读数均不小于其量程的
，电流表A
应选用 。（填仪器前面的字母代号）
（2）实物连线：根据原理图（a），完成图（b）中的实物连线 ，把电源负极a
与滑动变阻器的 接线柱连接；电流表正接线柱e 与滑动变阻器的 接
线柱连接。（选填b、c、d）
（3）断开电键
，闭合电键
，移动
的滑动片，读出多组对应的电压表和电流表的读
数U 和I；
（4）断开电键
把
的滑动片滑到最初的位置；
（5）闭合电键
和
，移动
的滑动片，读出多组对应的电压表和电流表的读数U'和
I'；
（6）根据步骤（3）和（5）的实验数据得到如图（c）所示的两条U-I 图线。
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（7）已知图（c）两条图线的斜率（a、b 图像的斜率分别为ka和kb）和定值电阻R，求出
电压表的内阻Rv= 和待测电阻的阻值Rx= 。（用ka、kb和R 表示）
6．某科技小组对充电宝不同电量时的电动势和内阻进行了研究。
A 小组的同学对电量百分比为
的充电宝进行了如下实验：两只数字多用表分别作为电
压表和电流表；滑动变阻器
用于改变电路中的电流；
作为保护电阻，以防止滑动
变阻器调节过度导致短路；电路中的电源为充电宝，通过充电宝的连接线接入电路。剥开
充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为负极，其
余两根导线空置不用。实物电路如图甲所示。
（1）图甲中作为电流表的多用电表是 （填“A”或“B”）。
（2）通过实验作出
图像如图乙所示，则可得到充电宝的电动势
，内阻
（计算结果保留两位小数）。
（3）若考虑电表内阻，则充电宝内阻测量的结果 （选填“偏大”“准确”“偏
小”）。
B 小组的同学利用如下器材对电量百分比为
的同一充电宝进行了实验：除蓄电池、开
关、导线外，可供使用的实验器材还有
A．电阻箱
（量程为
）
B．电压表
（量程
，内阻
）
C．定值电阻
D．定值电阻
小组同学将电压表进行了改装为量程为
后用如图丙所示电路图进行测量。
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（4）在1、2 处分别放上定值电阻，则1 处应选择的定值电阻为 （填“
”或者
“
”）。
（5）电压表的读数为
，电阻箱的读数为
，将测得的数据绘制成
图像，如图丁所
示，可得出的结论为当充电宝的电量百分比发生变化时，其电动势将 ，内阻
（以上两空均选填“变大”“变小”或“基本不变”）。
7．某兴趣小组要测量一个电池组的电动势和内阻，电动势约为3V，内阻约为10Ω。现有
如
下实验器材：
A．电压表V（量程
，内阻约为3kΩ）
B．电流表A（量程
，
约为10Ω）
C．定值电阻（
）
D．电阻箱
（
）
E．滑动变阻器
（
）
F．待测电池组
G．学生电源（有3V、6V、9V 三个输出电压）
H．电键S、导线若干
（1）为完成实验，需要将电流表A 改装成较大量程的电流表，该小组设计了测量电流表A
内阻的实验电路如图1 所示。为尽可能准确测量电流表A 内阻，学生电源选择
V 输出电压；闭合
，断开
，调节
使电流表A 满偏；保持
阻值不变，闭合
，调
节
，当电流表A 的示数为满偏电流的
时，
，则电流表A 的内阻
Ω。
（2）将电流表A 与定值电阻
联（填“串”或“并”），改装后电流表的量
程为 mA。
（3）为尽可能地准确测量电池组的电动势和内阻，该小组选择电阻箱
与电流表等器材
完成实验，请将图2 内电路图补充完整（所选器材要标明符号） 。
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（4）按正确的电路图连接好电路进行实验，并多次测量，同时记录各仪器的读数，然后作
出
图像如图3 所示，若图像的斜率为k，纵轴截距为b，则待测电池组的电动势
，内阻
（用k、b 表示，题中字母均为基本单位下的值）。
8．工业上经常用“电导仪”来测定液体的电阻率，其中一个关键部件如图甲所示，它是把
两片金属放到液体中形成一个电容器形状的液体电阻，而中间的液体即电阻的有效部分。
某研究性小组想测量某导电溶液的电阻率，在实验室找到了一个透明塑料长方体容器，容
器内部左右两侧插入两片面积均为
，不计电阻的正方形铂片作为两个电极（正对
放置），现将容器充满待测的导电溶液。实验所用器材如下：
电压表（量程为15V，内阻约为
）；
电流表（量程为
，内阻约为
）；
滑动变阻器（最大阻值为
，允许通过的最大电流为0.1A）；
电池组（电动势
，内阻
）；
单刀单掷开关一个；
导线若干。
（1）该小组先用欧姆表粗测溶液电阻，他们先选择欧姆
挡，欧姆调零后测量结果如
图乙所示
（2）为了准确测量其阻值，并测量多组数据，请在图丙中用笔画线代替导线，将实物图补
充完整 。
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（3）某次测量过程中，两板间距
，测量时电流表读数为
，电压表指针
偏转如图丁所示，则该溶液电阻
。
（4）实验时，仅多次改变两个电极板间距d，测得多组U、I 数据，计算出对应的电阻R，
描绘出
图线，若考虑电表内阻的影响，计算结果与真实值相比会 （填“偏
大”、“偏小”或“不变”）。
9．利用如图所示的电路可以进行多个物理量的测量。有两个相同的待测电源（内阻约
1Ω），两个相同的电阻箱（最大阻值为999.9Ω），电压表V（内阻约为2kΩ），电流表A
（内阻约为2Ω），灵敏电流计G，两个开关
、
。主要实验步骤如下：
①按图连接好电路，调节电阻箱
和
至最大，闭合开关
和
，调节
和
，使电流
计G 的示数为0，读出电流表A、电压表V 和两个电阻箱的示数分别为
、
、
、
。
②再次调节电阻箱
和
的阻值（与①中的电阻值不同），使电流计G 的示数为0，读出
电流表A、电压表V 的示数分别为
、
。
（1）电流计G 的示数为0 时，电路中A 和B 两点的电势
和
的关系为 ；
（2）电压表的内阻为 ，电流表的内阻为 ，电源的内阻r 为
。（用题中字母表示）
10．某实验小组用如图甲所示的电路图测量长度为L、粗细均匀的电阻丝
的电阻率。实
验器材有：
5 号干电池一节（电动势为1.5V）
电阻箱
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滑动变阻器
滑动变阻器
表头
待测电阻丝
粗细均匀的电阻丝AB
开关S、导线若干
（1）实验小组用螺旋测微器测量电阻丝
直径，示数如图乙所示，则其直径
mm。
（2）实验中滑动变阻器应选用 （填“
”或“
”）。
（3）实验小组将滑动变阻器滑片调至最左端后，闭合开关S，调节滑动变阻器使其滑片处
于合适位置，调节电阻箱，使其示数为R，然后调节滑片P， （填操作步骤），记
录AP、BP 的长度
、
。则待测电阻丝的阻值
（用题中所给物理量的字母
表示），待测电阻丝的电阻率
（用题中所给物理量的字母表示）。
（4）重复（3）的操作，测出多组
、
的数据，分别取平均值，则待测电阻丝电阻的理
论测量值 （填“大于”“等于”或“小于”）真实值。
11．某学习小组利用砷化镓霍尔元件（载流子为电子）研究霍尔效应，实验原理如图1 所
示，匀强磁场垂直于元件的工作面，工作电源为霍尔元件提供霍尔电流
，
通过1、3
测脚时，2、4 测脚间将产生霍尔电压
。
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（1）2、4 测脚中电势高的是 （选填“2”或“4”）测脚。
（2 ）某次实验中，利用螺旋测微器测量元件厚度d （如图2 ），其读数为
mm，调节工作电压，改变霍尔电流，测出霍尔电压，实验数据如下表所示：
实验次
数
1
2
3
4
5
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
41.5
83.1
124.8
166.
4
208.1
根据实验数据在如图3 所示的坐标纸上作出
与
的关系图像 ；
（3）设该元件单位体积中自由电子的个数为n，元件厚度为d，磁感应强度为B，电子电
荷量为e，则
与
的关系式为 。
（4）由所作的图线可以看出，图像并没有通过坐标原点，可能的原因是（写出一条即可）
。
12．某同学想利用压敏电阻设计一个测量压力大小的装置。实验室有如下器材供选择：
A．压敏电阻
（电阻
—压力
特性曲线如图甲所示）
B．定值电阻
C．滑动变阻器
D．电压表V（量程
，内阻
）
E．直流电源
（电动势
，内阻很小）
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F．开关S，导线若干
（1）设计一个可以测量压力大小的装置，要求测量范围为
，在图乙的虚线框
中画出该装置的实验电路原理图；( )
（2）请根据你所设计的电路，写出压力大小与电压表读数的
关于
的函数表达式（用
字母表示）；( )
（3）正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，某次测试时电压表的示数如图丙所示，则
电压表的读数为 V。此时压敏电阻的阻值为
；结合图甲可知待
测压力的大小
N。
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