Question

1．小强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与R₁间的摩擦不计）．定值电阻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O～0.6A．则
（1）小强在电路中连入R₀的目的保护电路
（2）当拉环不受拉力时，滑片P处于a端，求闭合开关后电流表的示数0.1A；
（3）已知该弹簧伸长的长度△L与所受拉力F间的关系如图乙所示．闭合开关后，当水平作用在拉环上的力为200N时，R₁=15Ω；当电流表指针指到0.3A处时，作用在拉环上水平向右的力为400N．

Answer 1

分析 （1）分析图示电路图，根据电路图分析答题．
（2）应用串联电路特点与欧姆定律求出电流表示数．
（3）由图示图象求出拉力对应的弹簧长度，然后求出滑动变阻器接入电路的阻值大小；由串联电路特点与欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值，然后根据图象求出拉力大小．

解答 解：（1）由图示图象可知，电阻R₀串联在电路中，对电路有保护作用．
（2）滑片P处于a端，滑动变阻器阻值全部接入电路，两电阻串联，
此时电路电流：I=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{3V}{5Ω+25Ω}$=0.1A；
（3）由图乙所示图象可知，拉力为200N时弹簧的伸长量为2cm，则接入电路的电阻丝长度为5cm-2cm=3cm，
滑动变阻器接入电路的阻值：R₁=$\frac{25Ω}{5cm}$×3cm=15Ω；
由I=$\frac{U}{R}$可知，电路电流为0.3A时，电路总电阻：
R_总=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.3A}$=10Ω，此时滑动变阻器接入电路的阻值R₁=R_总-R₀=10Ω-5Ω=5Ω，
滑动变阻器接入电路的电阻线长度为：$\frac{5Ω}{\frac{25Ω}{5cm}}$=1cm，弹簧伸长量为：5cm-1cm=4cm，
由图乙所示可知，拉力大小为400N；
故答案为：（1）保护电路；（2）0.1A；（3）15；400．

点评 本题考查了求电阻、电压、拉力与拉力器量程问题，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．