Question

在学校举行的物理创新大赛上，小明和小红所在的科技小组分别设计了一种测量托盘所受压力的压力测量仪，如图甲、乙所示．两装置中所用的器材与规格完全相同，压力表是由电压表改装而成，R₁为定值电阻，阻值为10Ω，R₂为滑动变阻器，规格为“10Ω 1A”，金属指针OP可在金属杆AB 上滑动，且与它接触良好，金属指针和金属杆电阻忽略不计， M为弹簧，在弹性限度内它缩短的长度与其所受的压力大小 成正比，当托盘所受压力为零时，P恰好位于R₂的最上端； 当托盘所受压力为50N时，P恰好位于R₂的最下端，此时弹簧的形变量仍在弹性限度内．
（1）甲装置中，当P位于R₂的最下端时，电压表的示数为3V，则电源电压是多少？
（2）甲装置中，压力25N的刻度位置标在电压表表盘多少伏的刻度线上？
（3）在甲、乙两种装置中，两压力表的刻度特点有何不同？试说明理由．

Answer 1

解：
（1）甲装置中，当P位于R₂的最下端时电路中的电流：
电源电压：U=I（R₁+R₂）=0.3A×（10Ω+10Ω）=6V；
（2）甲装置中，当托盘所受压力为25N时，P恰好位于R₂的中点，滑动变阻器接入电路中的电阻R₂为5Ω，电压表测R₂两端电压，
电路中的电流：I=
电压表的示数为U₂=IR₂=0.4A×5Ω=2V. 压力25N的刻度位置标在电压表表盘2V的刻度线上．
（3）甲装置中压力表的刻度是不均匀的，乙装置中压力表的刻度是均匀的．甲装置中，当改变托盘所受的压力时，R₂接入电路中的电阻发生变化，电路中的电流发生变化，压力表的刻度是不均匀的．乙装置中，当改变托盘所受的压力时，R₂接入电路中的电阻不发生变化，电路中电流不变，压力表的刻度是均匀的。