Question

10．學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)后，小明、小亮和小慧所在的興趣小組發(fā)現(xiàn)：電學(xué)量的變化往往能夠用來反映力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等物理量的變化．在老師的點(diǎn)撥下，他們在探究過程中不斷完善和優(yōu)化方案，共同設(shè)計(jì)了一種用電學(xué)量的變化來反映力學(xué)量--距離變化的裝置．
如圖所示是他們最初設(shè)計(jì)的裝置原理圖．圖中R₀是定值電阻，ab是沿豎直方向固定放置的金屬桿，其總電阻為9Ω，長60cm，粗細(xì)均勻，電阻隨長度均勻變化．M是上下均有掛環(huán)、可沿豎直導(dǎo)軌上下移動(dòng)的小物塊，M上連有一根左端有滑片P、電阻不計(jì)的水平金屬細(xì)桿，細(xì)桿、導(dǎo)線及P與ab均接觸良好，P在ab的中點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)于肘既不上移也不下移的位置．
除金屬桿ab、小物塊M、金屬細(xì)桿和導(dǎo)軌外，他們還準(zhǔn)備了以下器材：
A．電源（提供4V的穩(wěn)定電壓）
B．電流表A（量程0-0.6A）
C．電壓表V₁（量程0～3V）
D．電壓表V₂（量程0～15V）
E．定值電阻R₀（1Ω、3Ω、5Ω和6Ω的電阻各一個(gè)）
F．開關(guān)S一個(gè)，導(dǎo)線（足夠長）若干
（1）認(rèn)真研究該原理圖后，小慧認(rèn)為圖中只需一個(gè)電表即可，于是她將電流表去掉，則電流表所在處應(yīng)該用一根導(dǎo)線代替 （填“讓其斷路”或“用一根導(dǎo)線替代”）．
（2）小明和小亮認(rèn)為：該裝置應(yīng)該盡量大地反映M移動(dòng)的距離范圍，同時(shí)還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出肘移動(dòng)的距離值．要達(dá)到此目的，電壓表應(yīng)該選C （填器材序號字母）；定值電阻R₀應(yīng)該選阻值為3Ω的．
（3）在他們改進(jìn)并初步完善的設(shè)計(jì)方案中，P在ab的中點(diǎn)，M既不上移也不下移時(shí)，電壓表的示數(shù)是1.5．

Answer 1

分析 （1）電流表的內(nèi)阻很小，對電流的阻礙作用可忽略；
（2）根據(jù)電源電源值和ab的阻值可判斷電壓表的量程以及定值定值的阻值；
（3）利用歐姆定律計(jì)算電路的電流，再求得$\frac{1}{2}$ab上的電壓，即為電壓表的示數(shù)．

解答 解：（1）電路中如果把電流表去掉，可以用一根導(dǎo)線替代；
（2）電源只有4V，還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出所移動(dòng)的距離值，如果用0--15V量程時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)較小，達(dá)不到要求，所以須選用0--3V量程的電壓表；選用較大定值電阻時(shí)，由串聯(lián)電路的分壓作用，ab上分得的電壓較少，電壓表變化不明顯，選用較小定值定值時(shí)，電壓表有可能超量程，所以選用3Ω的定值電阻；
（3）當(dāng)滑片位于滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)時(shí)，電路的電流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4V}{3Ω+9Ω}$，電壓表的示數(shù)為：U′=I×R_ap=$\frac{1}{3}$=1.5V；
故答案為：（1）用一根導(dǎo)線代替；（2）C；3；（3）1.5．

點(diǎn)評 此題是一道電學(xué)的綜合題，考查了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，體現(xiàn)了物理學(xué)的具體運(yùn)用，有一定的難度．