Question

10．如图是小明自制电子秤的原理示意图．托盘、轻弹簧上端和金属滑片P固定一起（弹簧的电阻不计）．
（1）电路设计：要使电子秤能正常工作．下列电路连接正确的是C．
A．点“1”与点“2”连接
B．点“1”与点“3”连接
C．点“2”与点“3”连接
（2）故障排除：小明在正确完成电路连接后．闭合电键S，改变托盘中物体的质量，发现电压表有示数．但始终不变，发生故障的原因可能是D．
A．R₀断路                B．R₁短路
C．电压表短路            D．金属滑片P处断路
（3）刻度调试：①调零．在托盘中无物体时，使金属滑片P处于R₁最上端．此时电压表的示数为零．②标度．每次向托盘中增加100克的砝码，在电压表指针所指位置的刻度盘上标出相应的质量值．当将1千克的物体放在托盘中．金屑滑片P刚好指在距R_l上端$\frac{1}{3}$处（如图），请列式计算“1千克”应标在电压表1.5V的位置上？（电阻R₀=5欧，电阻R₁=15欧，电源电压U=3V，电压表的量程为O～3V）
（4）小明在标示电子秤刻度时，发现刻度与电压表刻度不同，请说出不同之处电压表的刻度均匀、电子秤刻度不均匀．

Answer 1

分析 （1）该电子秤是利用滑动变阻器的变阻原理来工作的，即当托盘里物体的质量发生变化时会引起滑动变阻器的变化从而改变电压表的示数；
（2）电压表有示数说明电压表两接线柱与电源之间是通路，改变托盘中物体的质量、发现电压表有示数说明电压表并联部分断路；
（3）当将1kg的物体放在托盘中时，根据题意求出变阻器连入电路中的电阻，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出电压表的示数，然后得出答案；
（4）根据串联电路的特点和欧姆定律得出电压表的示数与R₁的阻值关系，然后得出电子秤刻度与电压表刻度的不同之处．

解答 解：（1）要使电子秤能正常工作，即质量大小变化时，引起连入电阻变化、电压表的示数变化，应将点“2”与点“3”连接；
（2）发现电压表有示数，但始终不变，说明原因有：电路某处开路或短路，即R₀短路或金属滑片P处断路时电压表测电源的电压示数不变，而R₀断路、R₁短路、电压表短路时电压表均无示数，所以发生故障的原因可能有金属滑片P处断路；
（3）当将1kg的物体放在托盘中，金属滑片P刚好指在距R₁上端$\frac{1}{3}$处时，连入电阻：
R=$\frac{1}{3}$×15Ω=5Ω，
电路中的电流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+R}$=$\frac{3.0V}{5Ω+5Ω}$=0.3A，
R₁两端的电压：
U₁=IR=0.3A×5Ω=1.5V；
（4）由上题可知，R₁两端的电压U₁=$\frac{U{R}_{1}}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{3V×{R}_{1}}{5Ω+{R}_{1}}$，即与U₁与R₁的关系不是成正比的，反映在刻度上是不均匀的，所以电子称刻度与电压表刻度（电压表的刻度是均匀的）不同的．
故答案为：（1）C；（2）D；（3）1.5；（4）电压表的刻度均匀、电子秤刻度不均匀．

点评 本题是一道电学应用题，在设计图中找出滑动变阻器、会连接，并会利用其变阻原理分析是本题关键．