Question

2．如圖甲是某同學設計的一個能夠測定油箱內(nèi)油面高度的裝置．油量表是由學生用電流表改裝而成，滑動變阻器R的金屬滑片P是杠桿的一端．當P在a端時電路中的電流為0.6A，表示油箱已滿；P在b端時電路中的電流為0.1A，表示油箱內(nèi)無油．

（1）在改裝表盤時，當他選擇的滑動變阻器最大阻值為50Ω時，他應選擇的電源電壓值6V，R′的阻值10Ω 
（2）若油箱的容積為50L，請你按該同學的改裝，在電流表表盤圖乙上標出油量表為0、40L、50L的刻度位置（滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化）；確定40L的位置電流表0.3A處．
（3）你認為他在設計該裝置的電路時，在選擇器材的過程中應考慮什么問題？電源電壓、R′與R的合理配置并說明理由①電源和R′時，電壓與R′的比值應小于（或等于）電流表的量程．（或應考慮當P在a點時電流不超過電流表的量程）；
②為了提高油量表的靈敏度，應選擇在電流表0～0.6A的量程標注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，當P在a端時，電路為R′的簡單電路，根據(jù)歐姆定律表示出電源的電壓；P在b端時，R與R′串聯(lián)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律表示出電源的電壓，利用電源的電壓不變得出等式即可求出R′的阻值，進一步求出電源的電壓；
（2）根據(jù)“滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化”得出當油量為40L時變阻器接入電路中的電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，即為40L的位置，然后作圖；
（3）為保護電流表，應注意選擇電源和保護電阻R′；為提高油量表的靈敏度應注意電流表量程的選擇．

解答 解：（1）當P在a端時，電路為R′的簡單電路，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電源的電壓：
U=I_aR′=0.6A×R′，
P在b端時，R與R′串聯(lián)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電源的電壓：
U=I_b（R′+R）=0.1A×（R′+50Ω），
因電源的電壓不變，
所以，0.6A×R′=0.1A×（R′+50Ω），
解得：R′=10Ω，
電源的電壓U=I_aR′=0.6A×10Ω=6V；
（2）因滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化，
所以，當油量為40L時，滑動變阻器接入電路的電阻R₁=$\frac{1}{5}$R=$\frac{1}{5}$×50Ω=10Ω，
此時電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+R′}$=$\frac{6V}{10Ω+10Ω}$=0.3A，
所以，當油量為40L時，電路中的電流為0.3A，作圖如下圖所示：

（3）①為保護電流表，選擇電源和R′時，電壓與R′的比值應小于（或等于）電流表的量程．（或應考慮當P在a點時電流不超過電流表的量程）；
②為了提高油量表的靈敏度，應選擇在電流表0～0.6A的量程標注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化，應考慮電源電壓、R′與R的合理配置．
故答案為：
（1）6V；10Ω；
（2）如上圖所示；電流表0.3A處；
（3）電源電壓、R′與R的合理配置；
①電源和R′時，電壓與R′的比值應小于（或等于）電流表的量程．（或應考慮當P在a點時電流不超過電流表的量程）；
②為了提高油量表的靈敏度，應選擇在電流表0～0.6A的量程標注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律的應用，理解圖示的原理、能夠從題中抓住關鍵詞語是解答此類題目的關鍵．