Question

小明設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究不同物體在木板上所受摩擦力的大小．將物體放置在水平的長(zhǎng)木板上，物體與木板表面粗糙程度不變，導(dǎo)電性能良好的彈簧其右端與物體及滑動(dòng)變阻器R₁滑片P相連（不計(jì)滑片與滑動(dòng)變阻器線圈間的摩擦；滑動(dòng)變阻器的阻值隨長(zhǎng)度均勻變化；探究過(guò)程中，滑片P始終在a、b間），彈簧的左端固定在墻壁上．當(dāng)木板沿箭頭所示的方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體和木板間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，電流表的示數(shù)穩(wěn)定不變，物體和木板間的摩擦力也不變．換用質(zhì)量不同的物體，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)隨所放置物體的質(zhì)量的變化而變化，不同物體所受的摩擦力f不同，滑動(dòng)變阻器R₁的阻值也不同．若物體所受摩擦力f與滑動(dòng)變阻器R₁的阻值的關(guān)系如圖2所示，電流表的量程為“0～0.6A”，電源電壓為3V．問(wèn)：
（1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P指向b端時(shí)，為了保護(hù)電流表不致?lián)p壞，電阻R₀的阻值至少為多大？
（2）若電阻R₀的阻值為10Ω，某一物體在木板上處于平衡狀態(tài)時(shí)，電流表的示數(shù)為0.2A，該物體所受的摩擦力是多少？
（3）當(dāng)電路中電流表的示數(shù)變大時(shí)，不同的物體所受的摩擦力發(fā)生了什么變化？

Answer 1

解：（1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P指向b端時(shí)，R₁的阻值為0
此時(shí)R₀的阻值最小值：R₀===5Ω；
（2）由歐姆定律可得電路的總電阻：R===15Ω
此時(shí)R₁的接入電阻為：R₁′=R-R₀′=15Ω-10Ω=5Ω
根據(jù)圖象可知，物體所受的摩擦力f=5N；
（3）當(dāng)電路中電流表的示數(shù)變大時(shí)，R₁的阻值變小，由圖象可知物體所受的摩擦力變大了；
答：（1）R₀的最小值為5Ω；（2）該物體所受的摩擦力為5N；（3）R₁的阻值變小，則物體所受摩擦力變大．
分析：（1）要保護(hù)電流表，則應(yīng)讓電路中電流不超過(guò)電流表的最大量程，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電阻為0時(shí)電流最大，則由歐姆定律可求得R₀的最小值；
（2）由歐姆定律可求總電阻，再由串聯(lián)電路的電阻規(guī)律可求得R₁的阻值，由圖2可得出物體受到的摩擦力；
（3）由歐姆定律可知當(dāng)電流表示數(shù)變大時(shí)，R₁的接入電阻的變化，則由圖2可知電阻的變化．
點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生對(duì)歐姆定律的應(yīng)用及圖象的分析能力；本題有多種解法，可以嘗試多種解法解答本題．