Question

10．學習了電學知識后，小明、小亮和小慧所在的興趣小組發現：電學量的變化往往能夠用來反映力學、熱學、光學等物理量的變化．在老師的點撥下，他們在探究過程中不斷完善和優化方案，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．
如圖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金屬桿，其總電阻為9Ω，長60cm，粗細均勻，電阻隨長度均勻變化．M是上下均有掛環、可沿豎直導軌上下移動的小物塊，M上連有一根左端有滑片P、電阻不計的水平金屬細桿，細桿、導線及P與ab均接觸良好，P在ab的中點時，對應于肘既不上移也不下移的位置．
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．電流表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和6Ω的電阻各一個）
F．開關S一個，導線（足夠長）若干
（1）認真研究該原理圖后，小慧認為圖中只需一個電表即可，于是她將電流表去掉，則電流表所在處應該用一根導線代替 （填“讓其斷路”或“用一根導線替代”）．
（2）小明和小亮認為：該裝置應該盡量大地反映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肘移動的距離值．要達到此目的，電壓表應該選C （填器材序號字母）；定值電阻R₀應該選阻值為3Ω的．
（3）在他們改進并初步完善的設計方案中，P在ab的中點，M既不上移也不下移時，電壓表的示數是1.5．

Answer 1

分析 （1）電流表的內阻很小，對電流的阻礙作用可忽略；
（2）根據電源電源值和ab的阻值可判斷電壓表的量程以及定值定值的阻值；
（3）利用歐姆定律計算電路的電流，再求得$\frac{1}{2}$ab上的電壓，即為電壓表的示數．

解答 解：（1）電路中如果把電流表去掉，可以用一根導線替代；
（2）電源只有4V，還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出所移動的距離值，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；
（3）當滑片位于滑動變阻器中點時，電路的電流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4V}{3Ω+9Ω}$，電壓表的示數為：U′=I×R_ap=$\frac{1}{3}$=1.5V；
故答案為：（1）用一根導線代替；（2）C；3；（3）1.5．

點評 此題是一道電學的綜合題，考查了多個知識點，體現了物理學的具體運用，有一定的難度．