Question

（2013?河西区二模）学习了电学知识后，某中学物理兴趣小组的同学们发现，电学量的变化往往能用来反映力学、热学、光学等物理量的变化．在老师的帮助下，他们共同设计了一种用电学量的变化来反映力学量-----距离变化的装置．
（1）如1所示是他们最初设计的装置原理图，图中R₀是定值电阻，ab是沿竖直方向固定放置的长60cm粗细均匀的金属杆，其电阻R_ab为9Ω，电阻随长度变化均匀；M是上下均有挂环、可沿竖直导轨上P移动的小物块，它左端用水平金属细杆（电阻不计）与滑片P相连，P与ab接触良好；除金属杆ab、小物块M，金属细杆和导轨外，他们还准备了以下器材：
A．电源（提供4V的稳定电压）
B．电源表A（量程0～0.6A）
C．电压表V₁（量程0～3V）
D．电压表V₂（量程0～15V）
E．定值电阻R₀（1Ω、3Ω、5Ω的电阻各一个）
F．开关S一个、导线（足够长）若干
①同学们认为，该装置应该尽可能地反映M移动的距离范围，同时还希望电压表上的每根刻度线都能够表示出移动是距离值，要达到此目的，电压表应该选

C

（填器材序号字母）、定值电阻R的阻值应该选

3

Ω的．
②在他们①的设计的设计方案中，P在ab的中点时，电压表的示数是

1.5

V．
（2）老师在充分肯定他们的设计方案后，提出一个建议，能否在上述实验方案的基础上再想想办法，使测量的距离范围更大？
他们经过讨论后，决定增加一组滑轮组试试，图2所示的三个图分别是小明、小亮和小艳设计的滑轮组与M连接的示意图，他们希望通过电表的示数间接反映绳上N点的移动距离，且要求N点移动距离范围超过M．
①小明的连接方式能够达到目的吗？

不能

（选填“能”或“不能”），请你说明理由：

根据滑轮组绳的绕法可知，N点的移动距离范围小于M

②

小亮

（填“小明”、“小亮”、或“小艳”）的连接方式能使测量的N点移动距离范围最大．

Answer 1

分析：（1）①根据电源电压结合题目要求选择电压表的量程；
根据电压表量程及ab的最大阻值结合串联电路电流、电压的知识选择定值电阻的值；
②根据欧姆定律结合串联电路电压、电流的知识进行计算，首先根据I=

U

R

计算出电路中的电流，根据U=IR计算出电压表的示数；
（2）①根据小明滑轮组的连接情况判断M与N的移动距离的大小后，说明理由；
②滑轮组自由端绳子的移动距离与承担动滑轮的绳子段数有关；

解答：解：（1）①电源只有4V，还希望电压表上的每根刻度线都能够表示出肘移动的距离值，如果用0--15V量程时，指针偏转较小，达不到要求，所以须选用0--3V量程的电压表；选用较大定值电阻时，由串联电路的分压作用，ab上分得的电压较少，电压表变化不明显，选用较小定值定值时，电压表有可能超量程，所以选用3Ω的定值电阻；
②当滑片位于滑动变阻器中点时，电路的电流：I=

U

R

=

4V

3Ω+9Ω

=

1

3

A，电压表的示数为：U′=I×R_ap=

1

3

A×

1

2

×9Ω=1.5V；
（2）①小明连接的滑轮组不能达到要求，因为根据滑轮组绳的绕法可知，N点的移动距离范围小于M；
②由滑轮组提升物体时绳子自由端移动距离和物体移动距离的关系可知，小亮连接的滑轮组中N移动距离是M移动距离的5倍，小艳连接的滑轮组中N移动距离是M移动距离的4倍，所以小亮的连接方式能使测量的N点移动距离范围最大．
故答案为：（1）①C；3；②1.5；（2）①不能；根据滑轮组绳的绕法可知，N点的移动距离范围小于M；②小亮．

点评：此题是一道力学和电学的综合题，考查了欧姆定律在串联电路中的应用，电压表量程的选择，同时还考查了滑轮组绳端移动距离与动滑轮移动距离的关系，难度较大．