Question

为锻炼身体，小明利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．

（1）小明在电路中连入R₀的目的是

 

．
（2）当拉环不受拉力时，滑片P处于a端，闭合开关后电流表的读数为

 

A．
（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．通过计算说明，开关S闭合后，当电流表指针指在0.3A处，作用在拉环上水平向右的拉力为多大？

Answer 1

分析：（1）由图可知定值电阻R₀与可变电阻R_ab组成串联电路，当滑片P在b端时R_ab=0，如果没有定值电阻R₀将会造成电源短路；
（2）当滑片P在a端时，R₀与R_ab串联，处于不受拉力状态，知道电源电压和两阻值大小，利用欧姆定律求此时电路中的电流；
（3）当电流为0.3A时，利用欧姆定律求出变阻器连入电路中的电阻，进而求出连入电路中的电阻线长度，求出弹簧的伸长量，再由乙图得出拉力大小．

解答：解：（1）小明在电路中连入R₀的目的是防止电流过大而烧坏电流表；
（2）当滑片P在a端时，R₀与R_ab串联，
I=

U

R0+Rab

=

3V

5Ω+25Ω

=0.1A；
（3）当电流为0.3A时
I′=

U

R0+R′ab

=

3V

5Ω+R′ab

=0.3A；
∴变阻器连入电路中的电阻为：R_ab′=5Ω
连入电路中的电阻线长度：L′=

5Ω

25Ω

×5cm=1cm，
则弹簧的伸长量：△L=5cm-1cm=4cm，
由图象可知拉力：F=400N．
故答案为：（1）防止电流过大而烧坏电流表；
（2）0.1；
（3）作用在拉环上水平向右的拉力为400N．

点评：能否通过图甲准确判断定值电阻R₀与可变电阻R_ab的电路关系，了解滑片在不同位置时电路所处的状态，并转化成拉力所对应的示数是本题的解题关键．