Question

4．某同学欲设计一个电路，自制一台电子秤，通过查阅资料发现电子秤的主要部件为一个压敏电阻，没有压力时阻值为20Ω，允许通过的最大电流为0.5A，除了几个质量为m₀的砝码、待测物体（可置于压敏电阻的受压面上）之外，备有如下器材：
A．直流电源：电动势约4.5V，内阻很小；
B．电流表A₁：量程0～0.6A，内阻0.125Ω；
C．电流表A₂：量程0～3.0A，内阻0.025Ω；
D．滑动变阻器R₁：最大阻值10Ω；
E．滑动变阻器R₂：最大阻值50Ω；
F．开关、导线等．
（1）根据所选器材设计一个电路，用来描绘压敏电阻的电流随压力变化的关系图象，要求压敏电阻两端电压调节范围尽可能大，在可供选择的器材中，应该选用的电流表是A₁，应该选用的滑动变阻器是R₁．
（2）在方框中画出设计的测量电路，并根据设计的电路图连接实物图；

（3）请说明用所设计电路测量待测物体质量的具体测量步骤．

Answer 1

分析 （1）应根据通过电子秤的最大电流来选择电流表量程，通过估算电路中需要的最大电阻来选择变阻器；
（2）应根据实验要求电压调节范围尽可能大可知变阻器应采用分压式接法；
（3）的关键是明确变阻器的输出电压不变，然后读出不同质量时对应的电流，然后画出质量与电流的图象即可求解．

解答 解：（1）根据通过电子秤的最大电流为0.5A可知，电流表应选择A₁；
根据闭合电路欧姆定律可求出电路中需要的最大电阻应为：${R}_{max}^{\;}$=$\frac{E}{{\frac{1}{3}I}_{A}^{\;}}$=$\frac{4.5}{\frac{1}{3}×0.6}Ω$=22.5Ω，所以变阻器应选择R₁；
（2）由于实验要求压敏电阻两端电压调节范围尽可能大，所以变阻器应采用分压式接法，又压敏电阻应与电流表串联，电路图及实物连线图如图所示：

（3）根据题意，变阻器的输出电压保持不变，测量步骤应为：
①调节滑动变阻器，使通过压敏电阻的电流为某一数值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不动，在压敏电阻上方放一砝码，读出此时电流表的示数；
③不断增加砝码个数，分别读出电流表对应的电流值；
④建立m-I坐标系，根据记录数据进行描点，用平滑的曲线连接，让尽可能多的点落在这条曲线上；
⑤根据物体放在压敏电阻上所对应的电流值，对应图象读出该物体的质量．
故答案为：（1）A₁，R₁；（2）如图；
（3）①调节滑动变阻器，使通过压敏电阻的电流为某一数值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不动，在压敏电阻上方放一砝码，读出此时电流表的示数；
③不断增加砝码个数，分别读出电流表对应的电流值；
④建立m-I坐标系，根据记录数据进行描点，用平滑的曲线连接，让尽可能多的点落在这条曲线上；
⑤根据物体放在压敏电阻上所对应的电流值，对应图象读出该物体的质量．

点评 应明确：①选择电流表时，通过电流表的最小电流应在量程的$\frac{1}{3}$以上；②应根据电路中需要的最大电阻来选择变阻器；③变阻器采用分压式接法时，若变阻器的全电阻远小于待测电阻，则滑片不变时，变阻器的输出电压基本不变．