Question

14．為鍛煉身體，小明利用所學(xué)科學(xué)知識設(shè)計了一個電子拉力計，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，P與R₁間的摩擦不計）．定值電阻R₀=5Ω，ab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，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）該拉力計能夠測量的最大拉力是250N．
（2）小明在電路中連入R₀的目的是保護(hù)電路．
（3）小明將電流表的表盤改為拉力計的表盤，當(dāng)不拉拉環(huán)時，拉力計表盤上的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤的0.1A處．
（4）通過計算說明，電流表表盤的0.3A處應(yīng)標(biāo)多少牛？

Answer 1

分析 （1）拉力最大時根據(jù)彈簧的伸長量，由乙圖讀出彈簧受到的拉力；
（2）由圖可知定值電阻R₀與可變電阻R_ab組成串聯(lián)電路，當(dāng)滑片P在b端時R_ab=0，由此分析R₀的作用；
（3）由圖甲知，當(dāng)不拉拉環(huán)時，滑片在a端，變阻器連入阻值最大，由此根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算電路中電流；
（4）計算電流表示數(shù)為0.3A時電路中總電阻，從而得到變阻器連入電路的阻值和其伸長量，由圖乙知此時的拉力大�。�

解答 解：
（1）ab是一根長為5cm的均勻電阻絲，當(dāng)受到拉力最大時，彈簧保長5cm，由圖乙可知，此時拉力為250N；
（2）當(dāng)滑片P在b端時R_ab=0，如果沒有定值電阻R₀將會造成電源短路，所以在電路中連入R₀的目的是防止電流過大而燒壞電流表，從而起到保護(hù)電路的作用；
（3）由圖甲可知，當(dāng)不拉拉環(huán)時，滑片在a端，變阻器連入阻值最大，
由根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律可得，此時電路中電流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{3V}{5Ω+25Ω}$=0.1A；
（4）當(dāng)電路中電流為0.3A時，由歐姆定律得電路的總電阻：
R=$\frac{U}{I′}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，
所以R₁連入電路的阻值：R₁′=R-R₀=10Ω-5Ω=5Ω，
由題知，ab是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R_ab=25Ω，所以彈簧的伸長：
△L=$\frac{5cm}{25Ω}$×5Ω=1cm，
由圖乙可知，此時受到的拉力為50N．即電流表表盤的0.3A處應(yīng)標(biāo)50N．
答：（1）250；（2）保護(hù)電路；（3）0.1；（4）電流表表盤的0.3A處應(yīng)標(biāo)50N．

點評 能否通過圖甲準(zhǔn)確判斷定值電阻R₀與可變電阻R₁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)化成拉力所對應(yīng)的示數(shù)是本題的解題關(guān)鍵．