Question

8．如圖甲是一電子拉力計原理圖．硬質彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（P與R₁間的摩擦不計）．電壓表量程為0～3V，a、b是一根長為6cm的均勻電阻絲，阻值R₁=30Ω，電源電壓U=6V．
（1）R₀在電路中的作用是保護電路．
（2）當拉環不受拉力時，滑片P處于a段，閉合開關后電壓表的讀數為0V．
（3）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，若R₀=45Ω，當作用在拉環上水平向右的拉力F為400N時，電壓表的示數為1.6V．
（4）若增大R₀的阻值，當用同樣的力拉拉環時，電壓的示數將變小；若將電壓表改裝成顯示拉力大小的測力計，則在增大R₀的阻值后，測力計測出的最大拉力的值將不變（選填“變大”、“變小”或“不變”）．

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b端時R₁=0，如果沒有定值電阻R₀將會造成電源短路；
（2）當拉環不受拉力時，電壓表被短路，據此可知電壓表的讀數；
（3）電壓表的內阻很大、在電路中相當于斷路，據此可知滑片移動時不能改變接入電路中的電阻，根據電阻的串聯和歐姆定律求出電路中的電流；由圖乙可知，當作用在拉環上水平向右的拉力F為400N時彈簧的伸長量，根據題意求出滑片左側部分的電阻，再根據歐姆定律求出電壓表的示數；
（4）增大R₀的阻值時電路中的總電阻變大，根據歐姆定律可知電路中電流的變化，當用同樣的力拉拉環時，滑片左側部分電阻不變，根據歐姆定律可知電壓表示數的變化；R₁電阻絲的長度一定，拉力最大時彈簧的伸長量相同，所測的最大拉力相同，據此進行解答．

解答 解：（1）小明在電路中連入R₀的目的是保護電路，防止電流過大而燒壞電流表；
（2）當拉環不受拉力時，電壓表被短路，則電壓表的讀數為0V；
（3）因電壓表的內阻很大、在電路中相當于斷路，
所以，滑片移動時不能改變接入電路中的電阻，
因串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{1}′}$=$\frac{6V}{45Ω+30Ω}$=0.08A，
由圖乙可知，當作用在拉環上水平向右的拉力F=400N時，彈簧的伸長量△L=4cm，
則R₁接入電路中的電阻：
R₁′=$\frac{4cm}{6cm}$×30Ω=20Ω，
電壓表的示數：
U₁=IR₁′=0.08A×20Ω=1.6V；
（4）增大R₀的阻值時電路中的總電阻變大，由I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的電流變小，
當用同樣的力拉拉環時，滑片左側部分電阻不變，由U=IR可知，電壓表示數變小；
R₁電阻絲的長度一定，拉力最大時彈簧的伸長量相同，測力計測出的最大拉力的值將不變．
故答案為：（1）保護電路；（2）0；（3）1.6；（4）變小；不變．

點評 本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律以及電路三種狀態的應用，根據電壓表的正確使用判斷出滑片的移動不能改變電路中的電流是關鍵．