Question

为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计如图，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R=10Ω，a、b是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R₁=50Ω，电源电压U=6V，电流表的量程为 O～0.6A．
（1）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是多少？此时，R消耗的电功率是多少？
（2）小明在电路中连入R的目的是什么？
（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

【答案】分析：（1）由图可知定值电阻R与可变电阻R₁组成串联电路，当滑片P在a端时，R与R₁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；
（2）当滑片P在b端时R₁=0，如果没有定值电阻R将会造成电源短路；
（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）由图可知，R与R₁连入电路部分的电阻是串联
∴当滑片在R₁的a端时，电路中的电流I₁====0.1A，
此时，R_O消耗的电功率为：P=UI=I²R=I₁²R=（0.1A）²×10Ω=0.1W．
（2）保护电路的作用
（3）当电流为0.3A时，电路中的电阻R===20Ω，
R₁连入电路中的电阻值R_bp=R-R=20Ω-10Ω=10Ω，
所以R₁连入电路中的长度为1cm，滑片向右移动的距离△L=5cm-1cm=4cm，
由图乙知，作用在拉环上的力F=400N．
答：（1）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0.1A；此时，R消耗的电功率是0.1W．
（2）小明在电路中连入R的目的是保护电路．
（3）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400N．
点评：能否通过图甲准确判断定值电阻R与可变电阻R₁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．