Question

4．某同學(xué)欲設(shè)計一個電路，自制一臺電子秤，通過查閱資料發(fā)現(xiàn)電子秤的主要部件為一個壓敏電阻，沒有壓力時阻值為20Ω，允許通過的最大電流為0.5A，除了幾個質(zhì)量為m₀的砝碼、待測物體（可置于壓敏電阻的受壓面上）之外，備有如下器材：
A．直流電源：電動勢約4.5V，內(nèi)阻很��；
B．電流表A₁：量程0～0.6A，內(nèi)阻0.125Ω；
C．電流表A₂：量程0～3.0A，內(nèi)阻0.025Ω；
D．滑動變阻器R₁：最大阻值10Ω；
E．滑動變阻器R₂：最大阻值50Ω；
F．開關(guān)、導(dǎo)線等．
（1）根據(jù)所選器材設(shè)計一個電路，用來描繪壓敏電阻的電流隨壓力變化的關(guān)系圖象，要求壓敏電阻兩端電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在可供選擇的器材中，應(yīng)該選用的電流表是A₁，應(yīng)該選用的滑動變阻器是R₁．
（2）在方框中畫出設(shè)計的測量電路，并根據(jù)設(shè)計的電路圖連接實物圖；

（3）請說明用所設(shè)計電路測量待測物體質(zhì)量的具體測量步驟．

Answer 1

分析 （1）應(yīng)根據(jù)通過電子秤的最大電流來選擇電流表量程，通過估算電路中需要的最大電阻來選擇變阻器；
（2）應(yīng)根據(jù)實驗要求電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大可知變阻器應(yīng)采用分壓式接法；
（3）的關(guān)鍵是明確變阻器的輸出電壓不變，然后讀出不同質(zhì)量時對應(yīng)的電流，然后畫出質(zhì)量與電流的圖象即可求解．

解答 解：（1）根據(jù)通過電子秤的最大電流為0.5A可知，電流表應(yīng)選擇A₁；
根據(jù)閉合電路歐姆定律可求出電路中需要的最大電阻應(yīng)為：${R}_{max}^{\;}$=$\frac{E}{{\frac{1}{3}I}_{A}^{\;}}$=$\frac{4.5}{\frac{1}{3}×0.6}Ω$=22.5Ω，所以變阻器應(yīng)選擇R₁；
（2）由于實驗要求壓敏電阻兩端電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大，所以變阻器應(yīng)采用分壓式接法，又壓敏電阻應(yīng)與電流表串聯(lián)，電路圖及實物連線圖如圖所示：

（3）根據(jù)題意，變阻器的輸出電壓保持不變，測量步驟應(yīng)為：
①調(diào)節(jié)滑動變阻器，使通過壓敏電阻的電流為某一數(shù)值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不動，在壓敏電阻上方放一砝碼，讀出此時電流表的示數(shù)；
③不斷增加砝碼個數(shù)，分別讀出電流表對應(yīng)的電流值；
④建立m-I坐標(biāo)系，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進行描點，用平滑的曲線連接，讓盡可能多的點落在這條曲線上；
⑤根據(jù)物體放在壓敏電阻上所對應(yīng)的電流值，對應(yīng)圖象讀出該物體的質(zhì)量．
故答案為：（1）A₁，R₁；（2）如圖；
（3）①調(diào)節(jié)滑動變阻器，使通過壓敏電阻的電流為某一數(shù)值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不動，在壓敏電阻上方放一砝碼，讀出此時電流表的示數(shù)；
③不斷增加砝碼個數(shù)，分別讀出電流表對應(yīng)的電流值；
④建立m-I坐標(biāo)系，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進行描點，用平滑的曲線連接，讓盡可能多的點落在這條曲線上；
⑤根據(jù)物體放在壓敏電阻上所對應(yīng)的電流值，對應(yīng)圖象讀出該物體的質(zhì)量．

點評 應(yīng)明確：①選擇電流表時，通過電流表的最小電流應(yīng)在量程的$\frac{1}{3}$以上；②應(yīng)根據(jù)電路中需要的最大電阻來選擇變阻器；③變阻器采用分壓式接法時，若變阻器的全電阻遠(yuǎn)小于待測電阻，則滑片不變時，變阻器的輸出電壓基本不變．