Question

为迎接体育中考，小明决定设计一个如图所示的握力计．图中，弹簧处于自然状态，滑片P与滑动变阻器R断开，当手在A、B之间握压时，压缩弹簧，P在R上滑动，握力越大，电流表示数就越大．现在小明身边的器材有1.5V的碱性电池和镍氢电池各一节，一个量程为0-0.6A的电流表，三个长度为10cm的滑动变阻器，最大阻值分别为10Ω、6Ω和4Ω，三根相同的长度为10cm的弹簧，以及导线若干．
（1）按照要求用笔画线连接电路
（2）小明为了知道弹簧被压缩的大小与它长度的关系，设计了如下图所示的实验，并把结果记录到下表中．

重物重量/N	40	80	120	160	200	…	300
弹簧长度/cm	9	8	7	6	5	…	5

另外小明还查阅了资料，了解到碱性电池在用了一段时间后电压会下降，而镍氢电池则不会，但是电量却不如碱性电池．根据小明的实验，通过计算选择出合适的滑动变阻器．且根据小明的资料，选择合适的电源并简单说明理由．
（3）小明选择合适的器材装出了握力计，为了能从电流表上直接读出握力的大小，需要对电流表的刻度进行改装，通过计算说明该握力计的量程，以及握力最大值时对应的电流值．
（4）小明最后测了一下自己的握力，大约是580N，小明很满意的把握力给他爸爸试了一下．他爸爸用了之后，在肯定小明的设计的同时，也指出了一些不足．请指出其中至少两条需要改进之处．

Answer 1

解：（1）电源、滑动变阻器和定值电阻组成串联电路，电压表测量滑动变阻器两端的电压，因此用导线将电源、滑动变阻器以及定值电阻串联起来，再并联上电压表，当握力越大时，滑片向下移动，电压表测量的滑动变阻器接入电路的阻值越大，因此握力越大，滑动变阻器两端的电压就越大；如图所示：

（2）当电路中电流为0.6A时，滑动变阻器的阻值约：R=2×=2×=5Ω，因此应选择最大阻值为6Ω的滑动变阻器；
因为碱性电池使用一段时间后电压下降会导致读数不准确，因此选择电压稳定的镍氢电池．
（3）当一根弹簧的长度不变时，作用在握力计上的力为200N，而握力计是三根组成，因此该握力计的量程为0～600N；此时电路中的电流：I==0.5A．
（4）当电源耗电过多后，会导致电压下降读数不准确，因此可以通过开关控制电路，使用时闭合电路，不使用时，可以断开电路；小明爸爸用过后发现自己的力气仅比儿子的大一点，因此该握力计不能测量较大的力．
故答案为：
（2）6Ω 镍氢电池 因为选另一种电池，使用一段时间后电压下降会导致读数不准确．
（3）0-600N 0.5A
（4）没有开关，始终耗电 量程太小等．
分析：（1）先分析电源、滑动变阻器、定值电阻以及电压表的连接方式，然后用导线将各元件依次连接起来，根据串联电路电阻越大，电阻两端的电压就越大进行分析．
（2）分析表中数据可以发现，当弹簧长度减小为5cm时，长度不再改变，此时滑动变阻器接入电路的阻值为总电阻的一半，此时电路中的电流最大，故根据R=即可求出滑动变阻器的阻值．
根据I=可得，当电压不稳定时，电路中的电流也不稳定，故测量的结果不准确．
（3）根据表中数据可以看出，当滑动变阻器的阻值不再改变时，即弹簧的长度不变，读出此时作用在握力计上的力，即为最大握力，注意是一根弹簧所受的力；然后根据I=求出电路中的最大电流．
（4）根据耗能、开关、量程问题等方面进行分析．
点评：本题考查实物图的连接和欧姆定律的应用，关键是会根据要求设计串联电路和并联电路，难点是选择滑动变阻器和计算握力计的量程．