Question

12．如圖所示是一種自動(dòng)測(cè)定油箱內(nèi)油量的裝置．R是滑動(dòng)變阻器，它的滑片在杠桿的一端，油量表（油量顯示器）實(shí)際上是一個(gè)電流表（是由電流表改裝而成）．

（1）試說(shuō)明電路中R′的作用．
（2）該裝置用到了哪些物理知識(shí)．（至少說(shuō)出兩種）
（3）已知油量表（電流表）的量程為0.6A，表盤如圖2所示，電源電壓為12V，設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定，通過(guò)油量表的最小電流為0.1A．按照這一規(guī)定，保護(hù)電阻R′的阻值和滑動(dòng)變阻器R的最大值應(yīng)該分別是多大？

Answer 1

分析 （1）如果沒(méi)有電阻R′，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，電源將短路，會(huì)損壞油量表（電流表）與電源；若電路中接入R′后，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，電源不會(huì)短路，據(jù)此分析判斷R′的作用．
（2）從油面位置的變化入手，結(jié)合杠桿、浮力、歐姆定律等內(nèi)容來(lái)分析電路中涉及的相關(guān)知識(shí)；
（3）由電路圖可知，滑動(dòng)變阻器與保護(hù)電阻串聯(lián)；當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，電路電流最大；當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路時(shí)，電路電流最�。挥纱�聯(lián)電路特點(diǎn)結(jié)合歐姆定律可求出保護(hù)電阻與滑動(dòng)變阻器的最大阻值．

解答 解：（1）由圖甲的電路圖可知，如果沒(méi)有電阻R′，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，電源將短路，會(huì)損壞油量表（電流表）與電源；若電路中接入R′后，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，電源不會(huì)短路，所以電路中R′的作用是限制電路中的電流過(guò)大，保護(hù)電路；
（2）浮標(biāo)始終處于漂浮狀態(tài)；根據(jù)圖甲裝置可知與浮標(biāo)相連的是一繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的橫桿，故橫桿為一杠桿；浮標(biāo)的上下移動(dòng)改變了滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻，從而使電路中的電流發(fā)生變化．所以用到的知識(shí)有：杠桿平衡條件、漂浮條件、電流隨電阻的變化而變化、滑動(dòng)變阻器的作用等；
（3）由電路圖可知，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為零時(shí)，只有電阻R′接入電路，此時(shí)電路中的電流最大，最大電流為0.6A；
根據(jù)歐姆定律可得，保護(hù)電阻R′的阻值：R′=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{12V}{0.6A}$=20Ω；
當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大時(shí)，滑動(dòng)變阻器的最大阻值與保護(hù)電阻R′串聯(lián)，此時(shí)電路中的電流最小，最小電流為0.1A；
此時(shí)電路中的總電阻：R_總=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{12V}{0.1A}$=120Ω，
所以滑動(dòng)變阻器的最大阻值：R=R_總-R′=120Ω-20Ω=100Ω．
答：（1）電路中R′的作用是限制電路中的電流過(guò)大，保護(hù)電路；
（2）該裝置用到的物理知識(shí)：杠桿平衡條件、漂浮條件、電流隨電阻的變化而變化、滑動(dòng)變阻器的作用；
（3）保護(hù)電阻R′的阻值為20Ω；滑動(dòng)變阻器R的最大值為100Ω；

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)、歐姆定律的應(yīng)用，認(rèn)真審題、充分理解題意、正確分析電路的結(jié)構(gòu)、熟練應(yīng)用串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律即可解題．