Question

15．為了鍛煉身體，小明利用所學(xué)物理知識設(shè)計了一個電子拉力計，圖甲是原理圖．硬質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計，P與R₁間的摩擦不計）．定值電阻R₀=10Ω，a、b是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R₁=50Ω，電源電壓U=6V，電流表的量程為0～0.6A．
       
（1）當拉環(huán)不受拉力時，滑片P處于a端，閉合開關(guān)后電流表的讀數(shù)是0.1A．
（2）小明在電路中連入R_O的目的是保護電路．
（3）已知該彈簧伸長的長度△L與所受拉力F間的關(guān)系如圖乙所示．通過計算說明，開關(guān)S閉合后，當電流表指針指在0.2A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為多大？

Answer 1

分析 （1）由圖可知定值電阻R₀與可變電阻R₁組成串聯(lián)電路，電流表測電路中的電流，當拉環(huán)不受拉力時，滑片P處于a端，接入電路中的電阻最大，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中電流表的示數(shù)；
（2）當滑片P在b端時R_ab=0，如果沒有定值電阻R₀將會造成電源短路，據(jù)此進行解答；
（3）根據(jù)歐姆定律求出當電流表指針指在0.2A時電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出變阻器連入電路中的電阻，根據(jù)題意求出彈簧伸長的長度，再由乙圖得出拉力大�。�

解答 解：（1）當拉環(huán)不受拉力時，滑片P處于a端，接入電路中的電阻最大，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{6V}{10Ω+50Ω}$=0.1A；
（2）當滑片P在b端時R_ab=0，如果沒有定值電阻R₀將會造成電源短路，
小明在電路中連入R₀的目的是防止電流過大而燒壞電流表；
（3）當電流表指針指在0.2A時，電路中的電阻：
R=$\frac{U}{I′}$=$\frac{6V}{0.2A}$=30Ω，
R₁連入電路中的電阻值：
R₁′=R-R₀=30Ω-10Ω=20Ω，
因a、b是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值為50Ω，
所以，彈簧伸長的長度：
△L=$\frac{5cm}{50Ω}$（50Ω-20Ω）=3cm，
由圖乙知，作用在拉環(huán)上的力F=300N．
答：（1）0.1；
（2）保護電路；
（3）當電流表指針指在0.2A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為300N．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律的應(yīng)用，正確的判斷滑動變阻器接入電路中電阻的大小與彈簧伸長的長度關(guān)心是關(guān)鍵．