Question

4．小強(qiáng)同學(xué)利用學(xué)過的物理知識設(shè)計了一個拉力計，如圖，彈簧右端和金屬片P固定在一起（彈簧的電阻不計，P與R間的摩擦不計），定值電阻R₀，R是一根長為5cm的均勻電阻絲，電源電壓U=3V，電流表的量程為0～0.6A，請回答：
（1）小強(qiáng)在電路中連入R₀的目的是防止電流過大而燒壞電流表（或保護(hù)電路）．
（2）閉合開關(guān)S，當(dāng)拉環(huán)用較大力將滑片P拉至b端時，電流表滿偏（指針指向量程表最大度數(shù)），可知定值定值電阻R₀=5Ω，當(dāng)拉環(huán)不受力時，滑片P處于a端，電流表讀數(shù)是0.1A，則電阻絲的阻值R=25Ω．
（3）電流表讀數(shù)為0.3A時，可計算出彈簧被拉長了4cm．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，如果沒有R₀，當(dāng)拉力過大使ab電阻絲接入電路的電阻過小，電路中電流過大可能燒壞電流表；
（2）閉合開關(guān)S，當(dāng)拉環(huán)用較大力將滑片P拉至b端時，電路為R₀的簡單電路，電流表的示數(shù)最大，根據(jù)歐姆定律求出定值電阻的阻值；當(dāng)拉環(huán)不受力時，滑片P處于a端，定值電阻R₀與滑動變阻器的最大阻值串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻串聯(lián)求出電阻絲的阻值的阻值；
（3）根據(jù)歐姆定律求出R₀兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)求出R₁兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出R₁接入電路部分的電阻，由電阻絲的電阻值是均勻的得出彈簧被拉長的長度．

解答 解：（1）小強(qiáng)的回答不正確．電路中必須接入R₀，其目的是保護(hù)電流表；
（2）閉合開關(guān)S，當(dāng)拉環(huán)用較大力將滑片P拉至b端時，電路為R₀的簡單電路，電流表的示數(shù)最大為0.6A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，定值電阻的阻值：
R₀=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω，
當(dāng)拉環(huán)不受力時，滑片P處于a端，定值電阻R₀與滑動變阻器的最大阻值串聯(lián)，
則電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I′}$=$\frac{3V}{0.1A}$=30Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電阻絲的阻值：
R=R_總-R₀=30Ω-5Ω=25Ω；
（3）當(dāng)電流表讀數(shù)為O.3A時，R₀兩端的電壓：
U₀=I₁R₀=0.3A×5Ω=1.5V，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，R₁兩端的電壓為：
U₁=U-U₀=3V-1.5V=1.5V，
則R₁接入電路部分的電阻：
R₁′=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5V}{0.3A}$=5Ω，
因R是均勻的電阻絲，
所以，可知彈簧被拉長的長度：
△L=$\frac{L}{{R}_{1}}$×（R₁-R₁′）=$\frac{5cm}{25Ω}$×（25Ω-5Ω）=4cm．
故答案為：
（1）防止電流過大而燒壞電流表（或保護(hù)電路）；
（2）5；25；
（3）4．

點(diǎn)評 能否通過圖甲準(zhǔn)確判斷定值電阻R₀與可變電阻R_ab的電路關(guān)系，了解滑片在不同位置時電路所處的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)化成彈簧被拉長的長度對應(yīng)的示數(shù)是本題的解題關(guān)鍵．