Question

图甲表示一种自动测定油箱内油面高度的油量表（实际上是量程为0-0.6A的电流表改装而成），滑动变阻器R的最大值为60Ω，金属杠杆的右端是滑动变阻器的滑片．从油量表指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度．电源电压为24V，R₀为定值电阻，

（1）R₀的作用是______，当油箱油面下降时，油量表的示数将变______．
（2）油箱装满汽油时，油量表示数为最大值（即电流表达到最大值，此时，滑动变阻器的触头在某一端），求R₀的阻值．
（3）当油箱中的汽油用完时（此时滑动变阻器的触头在另一端），电路中的电流为多少？
（4）改装设计：用电压表代替电流表做油量表，图中的乙图已画出部分电路，请在乙图中完成电路的设计．
要求：当油箱中的油用完时，油量表（电压表）的示数为零．

Answer 1

解：（1）由电路图可知，电路中如果没有定值电阻R₀，则当滑动变阻器滑片P滑到下端时，电路会短路，会损坏油量表与电源，由此可见，定值电阻R₀的作用是：保护电路，避免短路；
当油箱中的油面下降时，滑动变阻器接入电路的阻值会变大，根据I=可知，油量表（电流表）的示数会变小；
（2）油箱装满汽油时，油量表（电流表）示数为最大值I=0.6A，此时，滑动变阻器的触头在电阻最小值一端，R₀两端的电压等于电源电压U=24V，
∵I=
∴R₀的阻值：R₀===40Ω；
（3）当油箱中的汽油用完时（此时滑动变阻器的触头在电阻最大值一端），此时滑动变阻器和电阻R₀串联，总电阻R_总=R₀+R=40Ω+60Ω=100Ω，
电路中的电流：I′===0.24A；
（4）当油面下降时，滑片P向上运动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，根据欧姆定律可知，电流将增大．
根据公式U=IR，可以确定定值电阻R₀两端的电压随着电流的增大而增大．电源电压不变，由于定值电阻两端电压的增大会导致滑动变阻器两端的电压减小．所以要将电压表与滑动变阻器并联，才能出现当油面下降时，电压表的示数也减小的情况，且油箱中的油用完时，油量表（电压表）的示数为零．电路图如下：

故答案为：（1）保护电路；小；
（2）R₀的阻值为40Ω；
（3）电路中的电流为0.24A；
（4）电路图如上图．
分析：（1）如果没有定值电阻的话，则当油箱中的油越来越多的时候，滑动变阻器的阻值就会越来越小，此时电路中的电流就会越来越大，可能会烧坏电流表；
（2）油箱装满汽油时，油量表（电流表）示数为最大值0.6A，此时，滑动变阻器的触头在电阻最小值一端，R₀两端的电压等于电源电压，根据I=求出电阻值；
（3）当油箱中的汽油用完时（此时滑动变阻器的触头在电阻最大值一端），根据串联电路的电阻特点求出总电阻，根据I=求出电流；
（4）用电压表代替电流表做油量表，当油箱中的油用完时，滑片移到变阻器的最上端，滑动变阻器连入电路的电阻应该为零，此时电压表与滑动变阻器R并联，油量表（电压表）的示数才可能为零．
点评：本题考查了定值电阻的作用、欧姆定律的应用、油量表的改装等问题，认真审题，充分理解题意、分析清楚电路结构、熟练应用串联电路特点及欧姆定律即可解题．