Question

（2013?河西區二模）學習了電學知識后，某中學物理興趣小組的同學們發現，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、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S一個、導線（足夠長）若干
①同學們認為，該裝置應該盡可能地反映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，電壓表應該選

C

（填器材序號字母）、定值電阻R的阻值應該選

3

Ω的．
②在他們①的設計的設計方案中，P在ab的中點時，電壓表的示數是

1.5

V．
（2）老師在充分肯定他們的設計方案后，提出一個建議，能否在上述實驗方案的基礎上再想想辦法，使測量的距離范圍更大？
他們經過討論后，決定增加一組滑輪組試試，圖2所示的三個圖分別是小明、小亮和小艷設計的滑輪組與M連接的示意圖，他們希望通過電表的示數間接反映繩上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根據電源電壓結合題目要求選擇電壓表的量程；
根據電壓表量程及ab的最大阻值結合串聯電路電流、電壓的知識選擇定值電阻的值；
②根據歐姆定律結合串聯電路電壓、電流的知識進行計算，首先根據I=

U

R

計算出電路中的電流，根據U=IR計算出電壓表的示數；
（2）①根據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有關；

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電路中的應用，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系，難度較大．