Question

11．某校物理興趣小組設(shè)計了一種“電子秤”，實際上是壓力測量儀，用它來稱量物體的重量，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示．圖中A為帶滑動頭的金屬片，B為金屬板，AB間彈簧導(dǎo)電性能良好，電阻不計，R₁=24Ω，R₂是最大值為72Ω的滑動變阻器，電源電壓為12V不變．問：
（1）圖中的重量表應(yīng)該用電流表還是電壓表改裝？R₁的主要作用是什么？
（2）當(dāng)A上沒放重物時，指針剛好在R₂最上端，當(dāng)金屬片A上放重物達(dá)到最大時，A的滑動頭剛好到達(dá)R₂最下端，開關(guān)S閉合時，隨著重物質(zhì)量增加，重量表示數(shù)怎樣變化？
（3）當(dāng)稱量物體重量達(dá)到最大值時，R₂兩端的電壓是多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)重量表是串聯(lián)還是并聯(lián)即可判定是電壓表還是電流表；
（2）重物質(zhì)量增加，滑動向下移動，變阻器連入阻值變大，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律分析判斷重量表示數(shù)變化；
（3）當(dāng)稱量物體重力達(dá)到最大值時，R₂的阻值達(dá)到最大值，根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點和歐姆定律求出電路中的電流，進(jìn)一步根據(jù)歐姆定律求出R₂兩端的電壓．

解答 解：
（1）由電路圖可知，重量表與滑動變阻器R₂并聯(lián)，電壓表與被測電路并聯(lián)，因此重量表是電壓表；
電阻R₁與滑動變阻器R₂串聯(lián)在電路中，電阻R₁起保護(hù)電路的作用；
（2）串聯(lián)電路中總電壓等于各部分電路兩端電壓之和，所以U₂=U-U₁，
重物質(zhì)量增加，對彈簧壓力增大，所以滑片向下移動，變阻器連入阻值變大，電路中總電阻變大，電源電壓不變，由歐姆定律知電路中電流變小，
由U=IR可知，R₁兩端電壓U₁變小，故R₂兩端電壓變大，即重量表示數(shù)變大；
（3）R₁與R₂串聯(lián)，當(dāng)稱量物體重量達(dá)到最大值時，A的滑動頭剛好到達(dá)R₂最下端，滑動變阻器R₂阻值全部接入電路，
此時電路中的電流為：I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{12V}{24Ω+72Ω}$=0.125A，
R₂兩端的電壓為：U₂=IR₂=0.125A×72Ω=9V．
答：（1）重量表應(yīng)該電壓表改裝，R₁的主要作用是保護(hù)電路；
（2）開關(guān)S閉合時，隨著重物質(zhì)量增加，重量表示數(shù)變大；
（3）當(dāng)稱量物體重量達(dá)到最大值時，R₂兩端的電壓是9V．

點評 本題考查了電壓表的使用和串聯(lián)電路的特點，及運用歐姆定律的計算．關(guān)鍵是會根據(jù)電表的使用方法確定電表的類型．