Question

18．為鍛煉身體，小明利用所學(xué)物理知識設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì)，圖甲是原理圖，硬質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計(jì)，P與R₁間的摩擦不計(jì)）．定值電阻R₀=5Ω，a、b是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R_ab=25Ω，電源電壓U=3.0V，電流表的量程為0-0.6A，當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí)，金屬滑片P剛好處于a端．已知該彈簧伸長的長度△L與所受拉力F間的關(guān)系如圖乙所示．
（1）小明在電路中連入R₀的目的是什么？
（2）小明將電流表的表盤改為拉力計(jì)的表盤，當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí)，拉力計(jì)表盤上的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤何處？
（3）已知該彈簧伸長的長度△L與所受拉力F間的關(guān)系如圖乙所示．通過計(jì)算說明．開關(guān)S閉合后，當(dāng)電流表指針指在0.3A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為多大？
（4）通過計(jì)算說明，電流表表盤的0.6A處應(yīng)標(biāo)多少牛？
（5）改裝后電流表的表盤刻度有什么特點(diǎn)？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可分析R₀的作用．
（2）當(dāng)滑片P處于a端時(shí)，R₀與R₁串聯(lián)，由歐姆定律求出電流表的讀數(shù)．
（3）當(dāng)電流表指針指在0.3A處，利用歐姆定律求出變阻器接入電路的電阻值，進(jìn)而求出電阻絲接入電路的長度，即可得到彈簧的伸長量，可由圖象得出拉力．
（4）當(dāng)電流表指針指在0.6A處，利用歐姆定律求出變阻器接入電路的電阻值，進(jìn)而求出電阻絲接入電路的長度，即可得到彈簧的伸長量，可由圖象得出拉力．
（5）根據(jù)電流表的示數(shù)變化與拉力數(shù)值的變化即可判斷其特點(diǎn)．

解答 解：（1）小明在電路中連入R₀的目的是防止電流過大而燒壞電流表，起到保護(hù)電路的作用；
（2）如圖所示，當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí)R_ab=25Ω，定值電阻R₀=5Ω，定值電阻R₀與可變電阻R_ab組成串聯(lián)電路，電源電壓U=3V，
電流表的示數(shù)為：I=$\frac{U}{{R}_{ab}+{R}_{0}}$=$\frac{3V}{25Ω+5Ω}$=0.1A；
所以拉力計(jì)表盤上的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤的0.1A處．
（3）當(dāng)電流表指針指在0.3A處時(shí)，由I=$\frac{U}{R}$得：此時(shí)電路中的總阻值為R′=$\frac{U}{I′}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，
根據(jù)串聯(lián)電路的總電阻等于各電阻之和可知：
變阻器接入電路中的電阻為：R_ab′=R′-R₀=10Ω-5Ω=5Ω，
接入電路中電阻絲的長度為：L′=$\frac{5Ω}{25Ω}$×5cm=1cm，
則彈簧的伸長量為：△x=L₀-L′=5cm-1cm=4cm，
由圖知拉力為：F=400N；
（4）電流表表盤示數(shù)為0.6A處，由I=$\frac{U}{R}$得：此時(shí)電路中的總阻值為R″=$\frac{U}{I″}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω，
根據(jù)串聯(lián)電路的總電阻等于各電阻之和可知：
變阻器接入電路中的電阻為：R_ab″=R″-R₀=5Ω-5Ω=0Ω，
接入電路中電阻絲的長度為：L″=$\frac{0}{25Ω}$×5cm=0cm，
則彈簧的伸長量為：△x=L₀-L″=5cm-0cm=5cm，
由圖知拉力為：F=500N；
故應(yīng)標(biāo)為500N．
（5）刻度盤往右方向拉力數(shù)值越來越大；拉力刻度值跨距左密右疏．
答：（1）小明在電路中連入R₀的目的是保護(hù)電路．
（2）當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí)，拉力計(jì)表盤上的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤0.1處．
（3）當(dāng)電流表指針指在0.3A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為400N．
（4）電流表表盤的0.6A處應(yīng)標(biāo)500N．
（5）改裝后電流表的表盤刻度特點(diǎn)是往右方向拉力數(shù)值越來越大；拉力刻度值跨距左密右疏．

點(diǎn)評 本題是力電綜合題，關(guān)鍵要明確它們之間的聯(lián)系：電阻絲的長度，搞清電路的連接關(guān)系，了解滑片在不同位置時(shí)電路所處的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)化成拉力所對應(yīng)的示數(shù)是本題的解題關(guān)鍵．