Question

9．小華設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究不同物體在木板上所受摩擦力的大小．

將物體放置在水平的長(zhǎng)木板上，物體與木板表面的粗糙程度不變，導(dǎo)電性能良好的彈簧其右端與物體及滑動(dòng)變阻器R₁的滑片P相連（不計(jì)滑片與滑動(dòng)變阻器線圈間的摩擦；滑動(dòng)變阻器的阻值隨長(zhǎng)度均勻變化；探究過(guò)程中，滑片P始終在a、b間），彈簧的左端固定在墻壁上．當(dāng)木板沿箭頭所示的方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體和木板間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，電流表的示數(shù)穩(wěn)定不變，物體和木板間的摩擦力也不變．換用質(zhì)量不同的物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)隨所放置物體的質(zhì)量的變化而變化，不同物體所受的摩擦力f不同，滑動(dòng)變阻器R₁的阻值也不同．若物體所受摩擦力f與滑動(dòng)變阻器R₁的阻值的關(guān)系如圖2所示，電流表的量程為“0～0.6A”，電源電壓為3V．問(wèn)：
（1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P指向b端時(shí)，為了保護(hù)電流表不致?lián)p壞，電阻R₀的阻值至少為多大？
（2）若電阻R₀的阻值為10Ω，某一物體在木板上處于平衡狀態(tài)時(shí)，電流表的示數(shù)為0.2A，該物體所受的摩擦力是多少？
（3）當(dāng)電路中電流表的示數(shù)變大時(shí)，不同的物體所受的摩擦力發(fā)生了什么變化？

Answer 1

分析 （1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P指向b端時(shí)，R₁接入電路中的電阻為0，電路為R₀的簡(jiǎn)單電路，電流表測(cè)電路中的電流，當(dāng)電流表的示數(shù)最大時(shí)R₀的阻值最小，根據(jù)歐姆定律求出R₀的最小阻值；
（2）電阻R₀的阻值為10Ω，根據(jù)歐姆定律求出電流表的示數(shù)為0.2A時(shí)電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出R₁的阻值，根據(jù)圖象讀出該物體所受的摩擦力；
（3）根據(jù)歐姆定律可知當(dāng)電路中電流表的示數(shù)變大時(shí)電路中總電阻的變化，根據(jù)電阻的串聯(lián)可知R₁阻值的變化，然后根據(jù)圖象可知不同的物體所受的摩擦力變化．

解答 解：（1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P指向b端時(shí)，電路為R₀的簡(jiǎn)單電路，電流表測(cè)電路中的電流，
當(dāng)電流表的示數(shù)最大I_大=0.6A時(shí)，R₀的阻值最小，
由I=$\frac{U}{R}$可得，R₀的最小阻值：
R₀=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω；
（2）電流表的示數(shù)為0.2A時(shí)，電路中的總電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，且R₀′=10Ω，
所以，R₁的阻值：
R₁=R-R₀′=15Ω-10Ω=5Ω，
由圖象可知，該物體所受的摩擦力f=5N；
（3）當(dāng)電路中電流表的示數(shù)變大時(shí)，
由R=$\frac{U}{I}$可知，電路中的總電阻變小，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，R₁的阻值變小，
由圖象可知，不同的物體所受的摩擦力變大．
答：（1）電阻R₀的阻值至少為5Ω；
（2）電流表的示數(shù)為0.2A，該物體所受的摩擦力是5N；
（3）當(dāng)電路中電流表的示數(shù)變大時(shí)，R₁的阻值變小，由圖象可知物體所受的摩擦力變大了．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用以及電路的動(dòng)態(tài)分析，從圖象中獲取有用的信息是關(guān)鍵．