Question

為鍛煉身體，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（彈簧的電阻不計，P與R₁間的摩擦不計）．定值電阻R₀=5Ω，a、b是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R_ab=25Ω，電源電壓U=3．OV，電流表的量程為 O～0.6A，當不拉拉環時，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間的關系如圖乙所示．
（1）小明在電路中連入R_O的目的是

 

．
（2）小明將電流表的表盤改為拉力計的表盤，當不拉拉環時，拉力計表盤上的零刻度應標在電流表表盤的

 

A處．
（3）通過計算說明，電流表表盤的0.6A處應標

 

牛．

Answer 1

分析：（1）由圖可知定值電阻R₀與可變電阻R_ab組成串聯電路，當滑片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；
（2）當不拉拉環時，滑片P在a端時，R₀與R_ab串聯，根據電阻的串聯和歐姆定律求此時電路中的電流；
（3）根據歐姆定律求出當電流表指針指在0.6A處時電路中的總電阻，根據電阻的串聯求出這時R₁接入電路中阻值，判斷滑片的位置，從而知道彈簧伸長的長度△L，再根據圖乙判斷拉力的大小．

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）當不拉拉環時，滑片P在a端時，R₀與R_ab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，此時電流表的讀數：
I=

U

R0+Rab

=

3V

5Ω+25Ω

=0.1A；
（3）當電流表指針指在0.6A處時，電路中的總電阻：
R=

U

I′

=

3V

0.6A

=5Ω，
此時R₁接入電路中阻值：
R₁=R-R₀=5Ω-5Ω=0．
即滑片處于b端，此時彈簧伸長的長度△L為5cm，從圖乙中可知拉力為250N．
故答案為：（1）防止電流過大而燒壞電流表；（2）0.1；（3）250．

點評：本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律的應用，能否通過圖甲準確判斷定值電阻R₀與可變電阻R_ab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．