Question

11．為鍛煉身體，小明利用所學物理知識設計了一個電子拉力計，圖甲是原理圖，硬質彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計，P和R1間的摩擦不計）．定值R₀=5Ω，a、b是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R₁=25Ω，電源電壓U=3V，電流表的量程為0～0.6A．

（1）小明在電路中連入R₀的目的是什么？
（2）當拉環(huán)不受拉力時，滑片P處于a端，閉合開關后電流表的讀數為多少？
（3）已知該彈簧伸入的長度△L與所受拉力F間的關系如圖乙所示．通過計算說明，開關閉合后，當電流表指針指在0.2A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為多大？

Answer 1

分析 （1）根據串聯(lián)電路的特點可分析R₀的作用．
（2）當滑片P處于a端時，R₀與R₁串聯(lián)，由歐姆定律求出電流表的讀數．
（3）當電流表指針指在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，可由胡克定律求出拉力．

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．
（2）當滑片P處于a端時，R₀與R₁串聯(lián)，
由串聯(lián)電路的總阻值等于各電阻之和可得：
R=+R₁=5Ω+25Ω=30Ω；
則電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A；
（3）當電流表指針指在0.2A處時，由歐姆定律得：
電路中總阻值R′=$\frac{U}{I′}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω；
可得：變阻器接入電路中的電阻為：R_ab′=R′-R₀=15Ω-5Ω=10Ω；
接入電路中電阻絲的長度為：L=$\frac{10Ω}{25Ω}$×5cm=2cm，
則彈簧的伸長量為：△x=L₀-L=5cm，2cm=3cm
由乙圖知拉力為：F=300N；
答：（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（或答保護電路）；
（2）當拉環(huán)不受拉力時，滑片P處于a端，閉合開關后電流表的讀數為0.1A；
（3）當電流表指針指在0.2A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為300N．

點評 本題考查串聯(lián)電路特點與歐姆定律、拉力與拉力器問題，分析清楚電路結構、應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題，解題時要注意分析圖乙所示圖象．