Question

（2009?梧州）為了鍛煉身體，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．定值電阻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，已知該彈簧伸長的長度△L與所受拉力F間的關系如圖乙所示．（彈簧的電阻不計，P與R₁間的摩擦不計）
（1）當拉環不受拉力時，滑片P處于a端，閉合開關后電流表的讀數是多少？
（2）開關S閉合后，當電流表指針指在0.15A處時，電阻絲接入電路的電阻是多少？
（3）在（2）的情況下，作用在拉環上水平向右的拉力為多大？

Answer 1

分析：（1）由圖可知定值電阻R₀與可變電阻R₁組成串聯電路，當滑片P在a端時，R₀與R₁串聯，處于不受拉力狀態，知道電源電壓和兩阻值大小，利用歐姆定律求此時電路中的電流；
（2）根據歐姆定律求出電路中的總電阻，再根據電阻的串聯求出此時電阻絲接入電路的電阻的阻值；
（3）根據題意求出連入電路中的電阻線長度，求出彈簧的伸長量，再由乙圖得出拉力大小．

解答：解：（1）由圖可知，當滑片在R₁的a端時R₀與R₁的最大阻值串聯，
∵串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴根據歐姆定律可得，電路中的電流：
I₁=

U

R0+R1

=

3V

5Ω+25Ω

=0.1A；
（2）當電流表指針指在0.15A處時，電路中的總電阻：
R=

U

I2

=

3V

0.15A

=20Ω，
電阻絲接入電路的電阻：
R₁′=R-R₀=20Ω-5Ω=15Ω；
（3）在（2）的情況下，R₁連入電路中的長度為3cm，
滑片向右移動的距離△L=5cm-3cm=2cm，
由圖乙知，作用在拉環上的力F=200N．
答：（1）當拉環不受拉力時，電流表的讀數是0.1A；
（2）當電流表指針指在0.15A處時，電阻絲接入電路的電阻是15Ω；
（3）在（2）的情況下，作用在拉環上水平向右的拉力為200N．

點評：能否通過圖甲準確判斷定值電阻R₀與可變電阻R₁的電路關系，了解滑片在不同位置時電路所處的狀態，并轉化成拉力所對應的示數是本題的解題關鍵．