题目内容
【题目】如图所示是某同学利用所学物理知识设计的电子称的示意图,托盘、弹簧上端和金属滑片P固定在一起,定值电阻R0=5Ω,ab是一根长为5cm的均匀电阻丝,电阻R=10Ω,电源电压U=3V,电流表量程为0~0.6A,(弹簧的电阻不计,P与R间摩擦不计)求:
(1)在托盘中无物体时,使金属滑片P处于R最上端,闭合开关后,电流表的读数.
(2)当在水平面使用,托盘中放入一物体时,金属滑片P处于ab间某一位置,开关S闭合后,电流表指针指在0.3A处时,ab实际接入电路的电阻R1 .
(3)若该弹簧被压缩的长度△L与所受压力F的关系如下表所示,上一问中放入托盘的物体的质量m.(g取10N/kg)
△L/cm | 0 | 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 | 5 |
F/N | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
【答案】
(1)解:当P处于R最上端时,U=3V,R和R0串联,
方法一:R总=R+R0=10Ω+5Ω=15Ω,
I= = =0.2A
方法二:由串联电路的电压关系和欧姆定律可得知U=UR+UR0=IR+IR0=I(R+R0),
则有I= = =0.2A
(2)解:方法一:托盘中放入一物体时,I′=0.3A,
R0两端的电压:UR0′=I′R0=0.3A×5Ω=1.5V,
R1两端的电压U1=U﹣UR0′=3V﹣1.5V=1.5V,
R1= = =5Ω;
方法二:R总= = =10Ω,
R1=R总﹣R0=10Ω﹣5Ω=5Ω
(3)解:因为ab是一根长为5cm的均匀电阻丝,R最大阻值为10Ω,所以当R1=5Ω时,滑片P所处位置接入电路的电阻丝长度为L1=2.5cm,弹簧被压缩的长度△L=L﹣L1=5﹣2.5cm=2.5cm.
查表可知:△L=2.5cm时,弹簧所受压力F=25N;
根据力的作用是相互的,弹簧对物体的支持力F支=F=25N;
依二力平衡条件有G=F支=25N;
根据G=mg可得:
m= = =2.5kg
【解析】(1)先分析电路,当P处于R最上端时,R和R0串联,根据串联电路的电压、电阻关系和欧姆定律计算出电路中的电流;(2)已知电路中电流,由欧姆定律计算定值电阻两端的电压,由串联电路的电压关系计算出R1两端的电压,最后由欧姆定律计算出R1的阻值;也可以根据欧姆定律计算出电路中的总电阻,由串联电路的电阻关系计算出R1的阻值;(3)由表中数据可知,P所处位置接入电路的电阻丝长度为L1=2.5cm,弹簧被压缩的长度△L=L﹣L1 , 弹簧所受的压力F;由力的相互作用,弹簧对物体的支持力等于其所受压力;根据二力平衡可知物体的重力,最后根据重力计算公式计算出物体的质量.
【考点精析】本题主要考查了欧姆定律及其应用的相关知识点,需要掌握欧姆定律的应用: ① 同一个电阻,阻值不变,与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时,通过的电流也增大.(R=U/I) ② 当电压不变时,电阻越大,则通过的电流就越小.(I=U/R) ③ 当电流一定时,电阻越大,则电阻两端的电压就越大.(U=IR)才能正确解答此题.
【题目】电池使用说明中都有一条提示:“请一次性更换所有电池,避免新旧电池混用”.小海同学用所学物理知识设计了一个实验方案研究为什么要这样提示.小海按照图组装电路,将同型号的两节新电池串联、一新一旧两节电池串联和一节新电池分别接在A、B间,闭合开关S后记录电压表示数.请将空白处补充完整.
电源 | S闭合时电压/V |
两新 | 2.7 |
一新一旧 | 1.2 |
一新 | 1.4 |
(1)由表中测得的数据可知,串联的一新一旧电池给定值电阻提供的电压,不仅小于两节新电池提供的电压,而且小于一节新电池提供的电压.小海查阅资料得知,电池本身有电阻,称为电源内阻,新电池的内阻很小,旧电池内阻很大.当对电阻R供电时,电池内阻和电阻R是关系(选填“串联”或“并联”),电池内阻越大,电阻R两端的电压就越(选填“大”或“小”).旧电池内阻会消耗更多的电能,所以不能新旧电池混用.
(2)要使结论具有普遍性,需要换用型号新旧电池进行多次实验.(选填“相同”或“不同”)