Question

20．如圖甲表示一種自動(dòng)測(cè)定油箱內(nèi)油面高度的油量表（實(shí)際上是量程為0-0.6A的電流表改裝而成），滑動(dòng)變阻器R的最大值為40Ω，金屬杠桿的右端是滑動(dòng)變阻器的滑片．從油量表指針?biāo)�指的刻度，就可以知道油箱�?nèi)油面的高度．電源電壓為12V，R₀為定值電阻，

（1）R₀的作用是保護(hù)電路（保護(hù)電流表、保護(hù)電源），當(dāng)油箱油面下降時(shí)，油量表的示數(shù)將變小．
（2）油箱裝滿汽油時(shí)，油量表示數(shù)為最大值（即電流表達(dá)到最大值，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的觸頭剛好在某一端），則R₀=20Ω．
（3）當(dāng)油箱中的汽油用完時(shí)（此時(shí)滑動(dòng)變阻器的觸頭剛好在另一端），電路中的電流=0.2A
（4）改裝設(shè)計(jì)：用電壓表代替電流表做油量表，如圖乙中已畫出部分電路，請(qǐng)?jiān)谠搱D中完成電路的設(shè)計(jì)．要求：當(dāng)油箱中的油用完時(shí)，油量表（電壓表）的示數(shù)為零（在連接電路時(shí)，若不可避免時(shí)導(dǎo)線可以交叉）．

Answer 1

分析 （1）如果沒有定值電阻的話，則當(dāng)油箱中的油越來越多的時(shí)候，滑動(dòng)變阻器的阻值就會(huì)越來越小，此時(shí)電路中的電流就會(huì)越來越大，可能會(huì)燒壞電流表；
當(dāng)油面下降時(shí)，電阻變大，根據(jù)歐姆定律判斷出電路中電流的變化，得出油量表的變化；
（2）油箱裝滿汽油時(shí)，油量表（電流表）示數(shù)為最大值0.6A，此時(shí)，滑動(dòng)變阻器的觸頭在電阻最小值一端，R₀兩端的電壓等于電源電壓，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$求出電阻值；
（3）當(dāng)油箱中的汽油用完時(shí)（此時(shí)滑動(dòng)變阻器的觸頭在電阻最大值一端），根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)求出總電阻，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$求出電流；
（4）用電壓表代替電流表做油量表，當(dāng)油箱中的油用完時(shí)，滑片移到變阻器的最上端，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻應(yīng)該為零，此時(shí)電壓表與滑動(dòng)變阻器R并聯(lián)，油量表（電壓表）的示數(shù)才可能為零．

解答 解：（1）由電路圖可知，電路中如果沒有定值電阻R₀，則當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P滑到下端時(shí)，電路會(huì)短路，會(huì)損壞油量表與電源，由此可見，定值電阻R₀的作用是：保護(hù)電路，避免短路；
當(dāng)油箱中的油面下降時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值會(huì)變大，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$可知，油量表（電流表）的示數(shù)會(huì)變��；
（2）油箱裝滿汽油時(shí)，油量表（電流表）示數(shù)為最大值I=0.6A，此時(shí)，滑動(dòng)變阻器的觸頭在電阻最小值一端，R₀兩端的電壓等于電源電壓U=12V，
由I=$\frac{U}{R}$得：
R₀的阻值：R₀=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.6A}$=20Ω；
（3）當(dāng)油箱中的汽油用完時(shí)（此時(shí)滑動(dòng)變阻器的觸頭在電阻最大值一端），此時(shí)滑動(dòng)變阻器和電阻R₀串聯(lián)，總電阻R_總=R₀+R=20Ω+40Ω=60Ω，
電路中的電流：I′=$\frac{U}{{R}_{總}(cāng)}$=$\frac{12V}{60Ω}$=0.2A；
（4）當(dāng)油面下降時(shí)，滑片P向上運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值減小，根據(jù)歐姆定律可知，電流將增大．
根據(jù)公式U=IR，可以確定定值電阻R₀兩端的電壓隨著電流的增大而增大．電源電壓不變，由于定值電阻兩端電壓的增大會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小．所以要將電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，才能出現(xiàn)當(dāng)油面下降時(shí)，電壓表的示數(shù)也減小的情況，且油箱中的油用完時(shí)，油量表（電壓表）的示數(shù)為零．電路圖如下：

故答案為：（1）保護(hù)電路（保護(hù)電流表、保護(hù)電源）；��；（2）20；（3）0.2；（4）見上圖．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了定值電阻的作用、歐姆定律的應(yīng)用、油量表的改裝等問題，認(rèn)真審題，充分理解題意、分析清楚電路結(jié)構(gòu)、熟練應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律即可解題．