Question

如图所示是一种自动测定油箱内油量的装置．R是滑动变阻器，它的滑片在杠杆的-端，油量表（油量显示器）实际上是一个电流表（是由电流表改装而成）．

（1）试说明电路中R′的作用．
（2）该装置用到了哪些物理知识．（至少说出三种）
（3）已知油量表（电流表）的量程为0.6A，表盘如图（b）所示，电源电压为12V，设计时规定，通过油量表的最小电流为0.1A．按照这一规定，保护电阻R^′的阻值和滑动变阻器R的最大值应该分别是多大？
（4）若油量表的最大示数设计为120L，最小示数设计为20L，请在图（b）的刻度盘上标出这两个对应的油量示数．

Answer 1

解：（1）如果油箱中的油越来越多，则滑动变阻器的阻值就会越来越小，此时电路中的电流就会越来越大，为了防止由于电流过大而烧坏油量表（电流表），应该给电路中串联一个定值电阻，所有R′起保护电路的作用；
（2）浮标始终处于漂浮状态，根据图示的装置可知与浮标相连的是一绕着固定点转动的横杆，故为一杠杆；浮标的上下移动改变了滑动变阻器接入电路中的电阻，从而使电路中的电流发生变化．因此应用到的知识有杠杆、浮力、电流随电阻的变化而变化，滑动变阻器的作用等；
（3）当油面最高时，滑动变阻器接入电路的阻值为零，电路中只有定值电阻R′，并且此时电路中的电流最大，即0.6A，因此定值电阻：R′===20Ω；
当油面最低时，滑动变阻器接入电路的阻值最大，滑动变阻器与定值电阻R′串联，并且此时电路中的电流最小，即0.1A，则电路中的总电阻：R_总===120Ω，
因此滑动变阻器的最大阻值：R=R_总-R′=-R′=-20Ω=100Ω．
（4）从图中可以看出，当油量最少时，滑动变阻器接入电路的阻值为最大，此时电路中电流小，因此20L对应的示数为0.1A；
当油量最多时，滑动变阻器接入电路的阻值为零，此时电路中电流大，因此120L对应的示数为0.6A．
答：（1）起保护电路的作用；
（2）杠杆、浮力、电流随电阻的变化而变化，滑动变阻器的作用；
（3）保护电阻R′的阻值为20Ω；滑动变阻器R的最大值为100Ω；
（4）20L对应的示数为0.1A；120L对应的示数为0.6A．
分析：（1）如果没有定值电阻的话，则当油箱中的油越来越多的时候，滑动变阻器的阻值就会越来越小，此时电路中的电流就会越来越大，可能会烧坏油量表；
（2）从油面位置的变化入手，结合杠杆、浮力、欧姆定律等内容来分析电路中涉及的相关知识；
（3）当电路中电流最大时，滑动变阻器接入电路中的电阻为零，然后根据电源电压、欧姆定律的变形公式即可求出保护电阻的阻值；
当电路中的电流最小时，此时滑动变阻器连入电路中的电阻最大，根据欧姆定律的公式变形R=计算出电路中的总电阻，根据串联电路电阻特点进一步计算滑动变阻器的最大阻值．
（4）因为油量越少，滑动变阻器接入电路的电阻越大，电路中的电流越小；反之，电流越大；因此电路中的最大电流对应最多油量，最小电流对应最少油量．
点评：本题考查了定值电阻的作用、欧姆定律的应用以及电流值与油量的关系，本题关键点：一是掌握滑动变阻器的正确使用方法，二是灵活应用欧姆定律进行计算．