Question

12．如图所示是一种自动测定油箱内油量的装置．R是滑动变阻器，它的滑片在杠杆的一端，油量表（油量显示器）实际上是一个电流表（是由电流表改装而成）．

（1）试说明电路中R′的作用．
（2）该装置用到了哪些物理知识．（至少说出两种）
（3）已知油量表（电流表）的量程为0.6A，表盘如图2所示，电源电压为12V，设计时规定，通过油量表的最小电流为0.1A．按照这一规定，保护电阻R′的阻值和滑动变阻器R的最大值应该分别是多大？

Answer 1

分析 （1）如果没有电阻R′，当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，电源将短路，会损坏油量表（电流表）与电源；若电路中接入R′后，滑动变阻器接入电路的阻值为零时，电源不会短路，据此分析判断R′的作用．
（2）从油面位置的变化入手，结合杠杆、浮力、欧姆定律等内容来分析电路中涉及的相关知识；
（3）由电路图可知，滑动变阻器与保护电阻串联；当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，电路电流最大；当滑动变阻器阻值全部接入电路时，电路电流最小；由串联电路特点结合欧姆定律可求出保护电阻与滑动变阻器的最大阻值．

解答 解：（1）由图甲的电路图可知，如果没有电阻R′，当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，电源将短路，会损坏油量表（电流表）与电源；若电路中接入R′后，滑动变阻器接入电路的阻值为零时，电源不会短路，所以电路中R′的作用是限制电路中的电流过大，保护电路；
（2）浮标始终处于漂浮状态；根据图甲装置可知与浮标相连的是一绕着固定点转动的横杆，故横杆为一杠杆；浮标的上下移动改变了滑动变阻器接入电路中的电阻，从而使电路中的电流发生变化．所以用到的知识有：杠杆平衡条件、漂浮条件、电流随电阻的变化而变化、滑动变阻器的作用等；
（3）由电路图可知，当滑动变阻器接入电路中的阻值为零时，只有电阻R′接入电路，此时电路中的电流最大，最大电流为0.6A；
根据欧姆定律可得，保护电阻R′的阻值：R′=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{12V}{0.6A}$=20Ω；
当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，滑动变阻器的最大阻值与保护电阻R′串联，此时电路中的电流最小，最小电流为0.1A；
此时电路中的总电阻：R_总=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{12V}{0.1A}$=120Ω，
所以滑动变阻器的最大阻值：R=R_总-R′=120Ω-20Ω=100Ω．
答：（1）电路中R′的作用是限制电路中的电流过大，保护电路；
（2）该装置用到的物理知识：杠杆平衡条件、漂浮条件、电流随电阻的变化而变化、滑动变阻器的作用；
（3）保护电阻R′的阻值为20Ω；滑动变阻器R的最大值为100Ω；

点评 本题主要考查了串联电路的特点、欧姆定律的应用，认真审题、充分理解题意、正确分析电路的结构、熟练应用串联电路的特点和欧姆定律即可解题．