Question

11．为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，图甲是原理图，硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P和R1间的摩擦不计）．定值R₀=5Ω，a、b是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R₁=25Ω，电源电压U=3V，电流表的量程为0～0.6A．

（1）小明在电路中连入R₀的目的是什么？
（2）当拉环不受拉力时，滑片P处于a端，闭合开关后电流表的读数为多少？
（3）已知该弹簧伸入的长度△L与所受拉力F间的关系如图乙所示．通过计算说明，开关闭合后，当电流表指针指在0.2A处，作用在拉环上水平向右的拉力为多大？

Answer 1

分析 （1）根据串联电路的特点可分析R₀的作用．
（2）当滑片P处于a端时，R₀与R₁串联，由欧姆定律求出电流表的读数．
（3）当电流表指针指在0.3A处，利用欧姆定律求出变阻器接入电路的电阻值，进而求出电阻丝接入电路的长度，即可得到弹簧的伸长量，可由胡克定律求出拉力．

解答 解：（1）小明在电路中连入R₀的目的是防止电流过大而烧坏电流表．
（2）当滑片P处于a端时，R₀与R₁串联，
由串联电路的总阻值等于各电阻之和可得：
R=+R₁=5Ω+25Ω=30Ω；
则电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{30Ω}$=0.1A；
（3）当电流表指针指在0.2A处时，由欧姆定律得：
电路中总阻值R′=$\frac{U}{I′}$=$\frac{3V}{0.2A}$=15Ω；
可得：变阻器接入电路中的电阻为：R_ab′=R′-R₀=15Ω-5Ω=10Ω；
接入电路中电阻丝的长度为：L=$\frac{10Ω}{25Ω}$×5cm=2cm，
则弹簧的伸长量为：△x=L₀-L=5cm，2cm=3cm
由乙图知拉力为：F=300N；
答：（1）小明在电路中连入R₀的目的是防止电流过大而烧坏电流表（或答保护电路）；
（2）当拉环不受拉力时，滑片P处于a端，闭合开关后电流表的读数为0.1A；
（3）当电流表指针指在0.2A处，作用在拉环上水平向右的拉力为300N．

点评 本题考查串联电路特点与欧姆定律、拉力与拉力器问题，分析清楚电路结构、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题，解题时要注意分析图乙所示图象．