Question

15．為鍛煉身體，小名利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力機(jī)，圖甲是原理圖，硬質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計(jì)，P與R₁間的摩擦不計(jì)）．定值電阻R₀=5Ω，a、b是一根長(zhǎng)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．當(dāng)拉環(huán)不受拉力時(shí)，滑片P處于a端，已知該彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度△L與所受拉力F間的關(guān)系如圖乙所示．
（1）小明在電路中連入R₀的目的是保護(hù)電路．
（2）小明將電流表的表盤改為拉力計(jì)的表盤，當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí)，拉力計(jì)表盤上的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤的幾安培刻度處？
（3）通過計(jì)算說明，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.6A時(shí)，拉力應(yīng)為多大？

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(lián)電路，當(dāng)滑片P在b端時(shí)時(shí)電路中只有R₀連入，據(jù)此可知R₀的作用．
（2）當(dāng)滑片P在a端時(shí)R_ab=25Ω，電路中的電阻最大，此時(shí)電路中的電流最小，彈簧沒有伸長(zhǎng)，處于不受拉力狀態(tài)．
（3）當(dāng)滑片P在_b端時(shí)R_ab=0Ω，此時(shí)電路中的電阻最小，電流最大，彈簧伸長(zhǎng)最長(zhǎng)，處于受拉力最大狀態(tài)．

解答 解：（1））由圖可知定值電阻R₀與可變電阻R_ab組成串聯(lián)電路，在電路中連入R₀的目的是防止電流過大而燒壞電流表，起到保護(hù)電路的作用；
（2）如圖所示，當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí)R_ab=25Ω，定值電阻R₀=5Ω，定值電阻R₀與可變電阻R_ab組成串聯(lián)電路，電源電壓U=3V，
電流表的示數(shù)為：I=$\frac{U}{{R}_{ab}+{R}_{0}}$=$\frac{3V}{25Ω+5Ω}$=0.1A，
所以拉力計(jì)表盤上的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤的0.1A處．
（3）電流表表盤示數(shù)為0.6A處，電路中的電阻為R=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω，
電路中電阻R_ab=0Ω，彈簧伸長(zhǎng)5cm，
由圖乙可知此時(shí)拉力的大小為250N，故應(yīng)標(biāo)為250N．
答：（1）保護(hù)電路．
（2）當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí)，拉力計(jì)表盤上的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤的0.1A的刻度處；
（3）當(dāng)電流表的示數(shù)為0.6A時(shí)，拉力應(yīng)為250N．

點(diǎn)評(píng) 能否通過圖甲準(zhǔn)確判斷定值電阻R₀與可變電阻R_ab的電路關(guān)系，了解滑片在不同位置時(shí)電路所處的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)化成拉力所對(duì)應(yīng)的示數(shù)是本題的解題關(guān)鍵．