Question

為迎接體育中考，小明決定設(shè)計(jì)一個(gè)如圖所示的握力計(jì)．圖中，彈簧處于自然狀態(tài)，滑片P與滑動(dòng)變阻器R斷開，當(dāng)手在A、B之間握壓時(shí)，壓縮彈簧，P在R上滑動(dòng)，握力越大，電流表示數(shù)就越大．現(xiàn)在小明身邊的器材有1.5V的堿性電池和鎳氫電池各一節(jié)，一個(gè)量程為0-0.6A的電流表，三個(gè)長度為10cm的滑動(dòng)變阻器，最大阻值分別為10Ω、6Ω和4Ω，三根相同的長度為10cm的彈簧，以及導(dǎo)線若干．
（1）按照要求用筆畫線連接電路
（2）小明為了知道彈簧被壓縮的大小與它長度的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)，并把結(jié)果記錄到下表中．

重物重量/N	40	80	120	160	200	…	300
彈簧長度/cm	9	8	7	6	5	…	5

另外小明還查閱了資料，了解到堿性電池在用了一段時(shí)間后電壓會下降，而鎳氫電池則不會，但是電量卻不如堿性電池．根據(jù)小明的實(shí)驗(yàn)，通過計(jì)算選擇出合適的滑動(dòng)變阻器．且根據(jù)小明的資料，選擇合適的電源并簡單說明理由．
（3）小明選擇合適的器材裝出了握力計(jì)，為了能從電流表上直接讀出握力的大小，需要對電流表的刻度進(jìn)行改裝，通過計(jì)算說明該握力計(jì)的量程，以及握力最大值時(shí)對應(yīng)的電流值．
（4）小明最后測了一下自己的握力，大約是580N，小明很滿意的把握力給他爸爸試了一下．他爸爸用了之后，在肯定小明的設(shè)計(jì)的同時(shí)，也指出了一些不足．請指出其中至少兩條需要改進(jìn)之處．

Answer 1

分析：（1）先分析電源、滑動(dòng)變阻器、定值電阻以及電壓表的連接方式，然后用導(dǎo)線將各元件依次連接起來，根據(jù)串聯(lián)電路電阻越大，電阻兩端的電壓就越大進(jìn)行分析．
（2）分析表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)彈簧長度減小為5cm時(shí)，長度不再改變，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為總電阻的一半，此時(shí)電路中的電流最大，故根據(jù)R=

U

I

即可求出滑動(dòng)變阻器的阻值．
根據(jù)I=

U

R

可得，當(dāng)電壓不穩(wěn)定時(shí)，電路中的電流也不穩(wěn)定，故測量的結(jié)果不準(zhǔn)確．
（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值不再改變時(shí)，即彈簧的長度不變，讀出此時(shí)作用在握力計(jì)上的力，即為最大握力，注意是一根彈簧所受的力；然后根據(jù)I=

U

R

求出電路中的最大電流．
（4）根據(jù)耗能、開關(guān)、量程問題等方面進(jìn)行分析．

解答：解：（1）電源、滑動(dòng)變阻器和定值電阻組成串聯(lián)電路，電壓表測量滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，因此用導(dǎo)線將電源、滑動(dòng)變阻器以及定值電阻串聯(lián)起來，再并聯(lián)上電壓表，當(dāng)握力越大時(shí)，滑片向下移動(dòng)，電壓表測量的滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值越大，因此握力越大，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓就越大；如圖所示：

（2）當(dāng)電路中電流為0.6A時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值約：R=2×

U

I

=2×

1.5V

0.6A

=5Ω，因此應(yīng)選擇最大阻值為6Ω的滑動(dòng)變阻器；
 因?yàn)閴A性電池使用一段時(shí)間后電壓下降會導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，因此選擇電壓穩(wěn)定的鎳氫電池．
（3）當(dāng)一根彈簧的長度不變時(shí)，作用在握力計(jì)上的力為200N，而握力計(jì)是三根組成，因此該握力計(jì)的量程為0～600N；此時(shí)電路中的電流：I=

1.5V

1 2 ×6Ω

=0.5A．
（4）當(dāng)電源耗電過多后，會導(dǎo)致電壓下降讀數(shù)不準(zhǔn)確，因此可以通過開關(guān)控制電路，使用時(shí)閉合電路，不使用時(shí)，可以斷開電路；小明爸爸用過后發(fā)現(xiàn)自己的力氣僅比兒子的大一點(diǎn)，因此該握力計(jì)不能測量較大的力．
故答案為：
（2）6Ω  鎳氫電池  因?yàn)檫x另一種電池，使用一段時(shí)間后電壓下降會導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確． 
（3）0-600N   0.5A    
（4）沒有開關(guān)，始終耗電  量程太小等．

點(diǎn)評：本題考查實(shí)物圖的連接和歐姆定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是會根據(jù)要求設(shè)計(jì)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，難點(diǎn)是選擇滑動(dòng)變阻器和計(jì)算握力計(jì)的量程．