Question

13．如图是小明自制电子秤的原理示意图．托盘、轻弹簧上端和金属滑片P固定一起（弹簧的电阻不计）．
（1）电路设计：要使电子秤能正常工作．下列电路连接正确的是C．
A．点“1”与点“2”连接
B．点“1”与点“3”连接
C．点“2”与点“3”连接
（2）故障排除：小明在正确完成电路连接后．闭合电键S，改变托盘中物体的质量，发现电压表有示数．但始终不变，发生故障的原因可能是D．
A．R₀断路            B．R₁短路
C．电压表短路        D．金属滑片P处断路
（3）刻度调试：①调零．在托盘中无物体时，使金属滑片P处于Rl最上端．此时电压表的示散为零．②标度．每次向托盘中增加100克的砝码，在电压表指针所指位置的刻度盘上标出相应的质量值．
当将1千克的物体放在托盘中．金屑滑片P刚好指在距R_l上端$\frac{1}{3}$处（如图），请计算回答“l千克”应标在电压表多少伏的位置上？（电阻R₀=5欧，电阻R₁=15欧，电源电压U=3．O伏，电压表的量程为O～3.0伏）
（4）继续改进：小明在标示电子秤刻度时，发现电子秤的刻度与电压表的刻度有不同特点．请说出不同之处电压表的刻度均匀、电子秤刻度不均匀．于是，他又开始了新的研究．

Answer 1

分析 该电子秤是利用滑动变阻器的变阻原理，通过电压表的示数变化反应所测质量大小，分析时注意滑动变阻器的连接和动态分析．

解答 解：（1）电路设计：要使电子秤能正常工作（质量大小变化时，引起连入电阻变化、电压表的示数变化），应将点“3”与点“2”连接；
（2）发现电压表有示数，但始终不变，说明原因有：电路某处开路或短路，即R₀短路或金属滑片P处断路时电压表测电源的电压示数不变，而R₀断路、R₁短路、电压表短路时电压表均无示数，所以发生故障的原因可能有金属滑片P处断路；
（3）当将1kg的物体放在托盘中，金属滑片P刚好指在距R₁上端$\frac{1}{3}$处时，连入电阻：
R=$\frac{1}{3}$×15Ω=5Ω，
电路中的电流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+R}$=$\frac{3.0V}{5Ω+5Ω}$=0.3A，
R₁两端的电压：
U₁=IR=0.3A×5Ω=1.5V；
（4）由上题可知，R₁两端的电压U₁=$\frac{U{R}_{1}}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{3V×{R}_{1}}{5Ω+{R}_{1}}$，即与U₁与R₁的关系不是成正比的，反映在刻度上是不均匀的，所以电子称刻度与电压表刻度（电压表的刻度是均匀的）不同的．
故答案为：
（1）C；
（2）D；
（3）“1千克”应标在电压表1.5伏的位置上；
（4）电压表的刻度均匀、电子秤刻度不均匀．

点评 本题是一道电学应用题，在设计图中找出滑动变阻器、会连接，并会利用其变阻原理分析是本题关键．