Question

【題目】學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)后，小明、小亮和小艷所在的興趣小組發(fā)現(xiàn)：電學(xué)量的變化往往能夠用來(lái)反映力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等物理量的變化。在老師的點(diǎn)撥下，他們?cè)谔骄窟^(guò)程中不斷完善和優(yōu)化方案，共同設(shè)計(jì)了一種利用電學(xué)量的變化來(lái)反映力學(xué)距離變化的裝置。

(1)．圖甲所示是他們最初設(shè)計(jì)的裝置原理圖。圖中R0是定值電阻，ab是總電阻為9Ω、長(zhǎng)60 cm、粗細(xì)均勻、電阻隨長(zhǎng)度均勻變化，且沿豎直方向固定放置的金屬桿，M是上下均有掛環(huán)、可沿豎直導(dǎo)軌上下移動(dòng)的小物塊，M上連有一根左端有滑片P、電阻不計(jì)的水平金屬細(xì)桿，細(xì)桿與導(dǎo)線以及P與ab均接觸良好。P在ab的中點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)于M既不上移也不下移的位置。除金屬桿ab、小物塊M、金屬細(xì)桿和導(dǎo)軌外，他們還準(zhǔn)備了以下器材：

A．電源(提供4 V的穩(wěn)定電壓)

B．電流表A(量程0～0．6 A)

C．電壓表V1(量程0～3 V)

D．電壓表V2(量程0～15 V)

E．定值電阻R0(1Ω、3Ω、5Ω和6Ω的電阻各一個(gè))

F．開(kāi)關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線(足夠長(zhǎng))若干

①認(rèn)真研究該原理圖后，小艷認(rèn)為圖中只需一個(gè)電表即可，于是她將電流表去掉，則電流表所在處應(yīng)該________(填“讓其斷路”或“用一根導(dǎo)線替代”)。

②小明和小亮認(rèn)為：該裝置應(yīng)該盡量大的反映M移動(dòng)的距離范圍，同時(shí)還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出M移動(dòng)的距離值。要達(dá)到此目的，電壓表應(yīng)該選______(填器材序號(hào)字母)；定值電阻R0應(yīng)該選阻值為_(kāi)_______Ω的電阻。

③在選擇好合適的電壓表和電阻后，當(dāng)滑片P在ab的中點(diǎn)，M既不上移也不下移時(shí)，電壓表的示數(shù)為 V。

(2)．老師在充分肯定他們的設(shè)計(jì)方案后，提出一個(gè)建議：能否在上述改進(jìn)并初步完善的方案基礎(chǔ)上再想想辦法，使測(cè)量的距離范圍更大?

他們經(jīng)過(guò)熱烈討論后，決定增加一組滑輪組試試。乙中的A、B、C是小明、小亮和小艷分別畫(huà)出的滑輪組與M連接的示意圖。他們希望通過(guò)電表的示數(shù)間接反映繩上N點(diǎn)的移動(dòng)距離，且要求N點(diǎn)移動(dòng)距離范圍超過(guò)M。

①小明的連接方式能夠達(dá)到目的嗎? （選填“能”或“不能”）

②___ _的連接方式，測(cè)量的N點(diǎn)移動(dòng)距離范圍最大。以此連接方式，若電壓表的指針指在量程的1/3的刻度線處，則表示的N點(diǎn) (填“向上”或“向下”）移動(dòng)了 cm的距離。

Answer 1

【答案】（1）①用一根導(dǎo)線替代；②C，3；③1．5V；（2）①不能，根據(jù)滑輪組繩的繞法可知，N點(diǎn)的移動(dòng)距離范圍小于M；②小亮，向上，50cm

【解析】

試題分析：（1）電路中如果把電流表去掉，可以用一根導(dǎo)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(dòng)的距離值，如果用0--15V量程時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)較小，達(dá)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(shí)，由串聯(lián)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(shí)，電壓表有可能超量程，所以選用3Ω的定值電阻；

（3）當(dāng)滑片位于滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)時(shí)，電路的電流：I=U/R=4V/3Ω+9Ω＝1/3A，電壓表的示數(shù)為：U′=I×Rap =1/3A×9/2Ω=1．5V；

（4）小明連接的滑輪組不能達(dá)到要求，因?yàn)楦鶕?jù)滑輪組繩的繞法可知，N點(diǎn)的移動(dòng)距離范圍小于M；

（5）由滑輪組提升物體時(shí)繩子自由端移動(dòng)距離和物體移動(dòng)距離的關(guān)系可知，小亮連接的滑輪組中N移動(dòng)距離是M移動(dòng)距離的5倍，小艷連接的滑輪組中N移動(dòng)距離是M移動(dòng)距離的4倍，當(dāng)電壓表刻線在1/3處時(shí)，電壓表的示數(shù)是1V，由串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)，可知滑片P應(yīng)向上滑到ap是1/3ab處，即向上移動(dòng)10cm，由裝置圖可知也就是M向上移動(dòng)10cm，根據(jù)小亮連接的滑輪組的特點(diǎn)，N點(diǎn)可移動(dòng)50cm；