Question

小明设计了如图1所示的实验装置来探究不同物体在木板上所受摩擦力的大小．将物体放置在水平的长木板上，物体与木板表面粗糙程度不变，导电性能良好的弹簧其右端与物体及滑动变阻器R₁滑片P相连（不计滑片与滑动变阻器线圈间的摩擦；滑动变阻器的阻值随长度均匀变化；探究过程中，滑片P始终在a、b间），弹簧的左端固定在墙壁上．当木板沿箭头所示的方向匀速运动时，物体和木板间发生相对滑动，物体处于平衡状态时，电流表的示数稳定不变，物体和木板间的摩擦力也不变．换用质量不同的物体，重复上述实验，发现电流表的示数随所放置物体的质量的变化而变化，不同物体所受的摩擦力f不同，滑动变阻器R₁的阻值也不同．若物体所受摩擦力f与滑动变阻器R₁的阻值的关系如图2所示，电流表的量程为“0～0.6A”，电源电压为3V．问：
（1）当滑动变阻器的滑片P指向b端时，为了保护电流表不致损坏，电阻R₀的阻值至少为多大？
（2）若电阻R₀的阻值为10Ω，某一物体在木板上处于平衡状态时，电流表的示数为0.2A，该物体所受的摩擦力是多少？
（3）当电路中电流表的示数变大时，不同的物体所受的摩擦力发生了什么变化？

Answer 1

分析：（1）要保护电流表，则应让电路中电流不超过电流表的最大量程，当滑动变阻器接入电阻为0时电流最大，则由欧姆定律可求得R₀的最小值；
（2）由欧姆定律可求总电阻，再由串联电路的电阻规律可求得R₁的阻值，由图2可得出物体受到的摩擦力；
（3）由欧姆定律可知当电流表示数变大时，R₁的接入电阻的变化，则由图2可知电阻的变化．

解答：解：（1）当滑动变阻器滑片P指向b端时，R₁的阻值为0
此时R₀的阻值最小值：R₀=

U

I1

=

3V

0.6A

=5Ω；
（2）由欧姆定律可得电路的总电阻：R=

U

I2

=

3V

0.2A

=15Ω
此时R₁的接入电阻为：R₁′=R-R₀′=15Ω-10Ω=5Ω
根据图象可知，物体所受的摩擦力f=5N；
（3）当电路中电流表的示数变大时，R₁的阻值变小，由图象可知物体所受的摩擦力变大了；
答：（1）R₀的最小值为5Ω；（2）该物体所受的摩擦力为5N；（3）R₁的阻值变小，则物体所受摩擦力变大．

点评：本题考查学生对欧姆定律的应用及图象的分析能力；本题有多种解法，可以尝试多种解法解答本题．