Question

（2013?河西區(qū)二模）學習了電學知識后，某中學物理興趣小組的同學們發(fā)現(xiàn)，電學量的變化往往能用來反映力學、熱學、光學等物理量的變化．在老師的幫助下，他們共同設(shè)計了一種用電學量的變化來反映力學量-----距離變化的裝置．
（1）如1所示是他們最初設(shè)計的裝置原理圖，圖中R₀是定值電阻，ab是沿豎直方向固定放置的長60cm粗細均勻的金屬桿，其電阻R_ab為9Ω，電阻隨長度變化均勻；M是上下均有掛環(huán)、可沿豎直導軌上P移動的小物塊，它左端用水平金屬細桿（電阻不計）與滑片P相連，P與ab接觸良好；除金屬桿ab、小物塊M，金屬細桿和導軌外，他們還準備了以下器材：
A．電源（提供4V的穩(wěn)定電壓）
B．電源表A（量程0～0.6A）
C．電壓表V₁（量程0～3V）
D．電壓表V₂（量程0～15V）
E．定值電阻R₀（1Ω、3Ω、5Ω的電阻各一個）
F．開關(guān)S一個、導線（足夠長）若干
①同學們認為，該裝置應(yīng)該盡可能地反映M移動的距離范圍，同時還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出移動是距離值，要達到此目的，電壓表應(yīng)該選

C

（填器材序號字母）、定值電阻R的阻值應(yīng)該選

3

Ω的．
②在他們①的設(shè)計的設(shè)計方案中，P在ab的中點時，電壓表的示數(shù)是

1.5

V．
（2）老師在充分肯定他們的設(shè)計方案后，提出一個建議，能否在上述實驗方案的基礎(chǔ)上再想想辦法，使測量的距離范圍更大？
他們經(jīng)過討論后，決定增加一組滑輪組試試，圖2所示的三個圖分別是小明、小亮和小艷設(shè)計的滑輪組與M連接的示意圖，他們希望通過電表的示數(shù)間接反映繩上N點的移動距離，且要求N點移動距離范圍超過M．
①小明的連接方式能夠達到目的嗎？

不能

（選填“能”或“不能”），請你說明理由：

根據(jù)滑輪組繩的繞法可知，N點的移動距離范圍小于M

②

小亮

（填“小明”、“小亮”、或“小艷”）的連接方式能使測量的N點移動距離范圍最大．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)電源電壓結(jié)合題目要求選擇電壓表的量程；
根據(jù)電壓表量程及ab的最大阻值結(jié)合串聯(lián)電路電流、電壓的知識選擇定值電阻的值；
②根據(jù)歐姆定律結(jié)合串聯(lián)電路電壓、電流的知識進行計算，首先根據(jù)I=

U

R

計算出電路中的電流，根據(jù)U=IR計算出電壓表的示數(shù)；
（2）①根據(jù)小明滑輪組的連接情況判斷M與N的移動距離的大小后，說明理由；
②滑輪組自由端繩子的移動距離與承擔動滑輪的繩子段數(shù)有關(guān)；

解答：解：（1）①電源只有4V，還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出肘移動的距離值，如果用0--15V量程時，指針偏轉(zhuǎn)較小，達不到要求，所以須選用0--3V量程的電壓表；選用較大定值電阻時，由串聯(lián)電路的分壓作用，ab上分得的電壓較少，電壓表變化不明顯，選用較小定值定值時，電壓表有可能超量程，所以選用3Ω的定值電阻；
②當滑片位于滑動變阻器中點時，電路的電流：I=

U

R

=

4V

3Ω+9Ω

=

1

3

A，電壓表的示數(shù)為：U′=I×R_ap=

1

3

A×

1

2

×9Ω=1.5V；
（2）①小明連接的滑輪組不能達到要求，因為根據(jù)滑輪組繩的繞法可知，N點的移動距離范圍小于M；
②由滑輪組提升物體時繩子自由端移動距離和物體移動距離的關(guān)系可知，小亮連接的滑輪組中N移動距離是M移動距離的5倍，小艷連接的滑輪組中N移動距離是M移動距離的4倍，所以小亮的連接方式能使測量的N點移動距離范圍最大．
故答案為：（1）①C；3；②1.5；（2）①不能；根據(jù)滑輪組繩的繞法可知，N點的移動距離范圍小于M；②小亮．

點評：此題是一道力學和電學的綜合題，考查了歐姆定律在串聯(lián)電路中的應(yīng)用，電壓表量程的選擇，同時還考查了滑輪組繩端移動距離與動滑輪移動距離的關(guān)系，難度較大．