Question

【题目】小明设计了如图甲所示的实验装置来探究不同物体在木板上所受摩擦力的大小．将物体放置在水平的长木板上，物体与木板表面粗糙程度不变，导电性能良好的弹簧其右端与物体及动变阻器R1滑片P 相连（不计滑片与滑动变阻器线圈间的摩擦；滑动变阻器的阻值随长度均匀变化；探究过程中，滑片P 始终在a、b 间），弹簧的左端固定在墙壁上．当木板沿箭头所示的方向匀速运动时，开始物体随木板匀速运动，后物体和木板间发生相对滑动，物体处于平衡状态时，电流表的示数稳定不变，物体和木板间的摩擦力也不变．换用质量不同的物体，重复上述实验，发现电流表的示数随所放置物体的质量的变化而变化，不同质量的物体所受的摩擦力f 不同，滑动变阻器R1的阻值也不同．若物体所受摩擦力f 与滑动变阻器R1的阻值的关系如图乙所示，电流表的量程为“0～0.6A”，电源电压为3V．问：
（1）当滑动变阻器的滑片P 指向b 端时，为了保护电流表不致损坏，电阻R0的阻值至少为多大？
（2）若电阻R0的阻值为10Ω，某一物体在木板上处于平衡状态时，电流表的示数为0.2A，该物体所受的摩擦力是多少？
（3）当不同的物体放置在木板上，电路中电流表的示数变大时，物体所受的摩擦力发生了什么变化？
（4）若电源电压、定值电阻R0的阻值、摩擦力f 的大小分别用U、R0、f 表示，则换用质量不同的物体放置于水平木板上，木板沿箭头所示的方向匀速运动时，电流表示数与摩擦力f 的数量关系可用表达式表示．当实验开始时，物体随木板一起做匀速运动过程中，电流表示数的变化是（选填“均匀的”或“不均匀”）．

Answer 1

【答案】
（1）解：由图甲知，当滑动变阻器滑片P指向b端时，R1的阻值为0，电路中只有R0连入电路中，此时电路中电流最大，

电流表的量程为0～0.6A，所以为了保护电流表不致损坏电路中最大电流为0.6A，

由欧姆定律可得，R0的阻值：

R0= = =5Ω；

答：为了保护电流表不致损坏，电阻R0的阻值至少为5Ω；

（2）解：R0与R1串联，电流表测电路中电流，

电流表的示数为0.2A时，由欧姆定律可得电路的总电阻：

R= = =15Ω

此时R1的接入电阻为：R1′=R﹣R0′=15Ω﹣10Ω=5Ω

根据图象可知，物体所受的摩擦力f=5N；

答：若电阻R0的阻值为10Ω，某一物体在木板上处于平衡状态时，电流表的示数为0.2A，该物体所受的摩擦力是5N；

（3）变大
（4）I= ；不均匀
【解析】解：（3）由电路图，根据欧姆定律知当电路中电流表的示数变大时电路的总电阻减小，R1的阻值变小，由图象可知物体所受的摩擦力变大了；（4）由图象知，f与R1的图象是一条直线，即两者是一次函数关系，设f=aR1+b， 当R1=0时，f=10N，即有：10N=a×0+b，解得b=10N，当R1=10Ω时，f=0N，即有：0N=a×10Ω+10N，解得a=﹣1N/Ω，所以f与R1的关系式为：f=﹣1N/ΩR1+10N，
所以R1=（10N﹣f）Ω/N由串联电路特点和欧姆定律表示出电流表示数为：I= = ；由此表达式可知，电流表示数的变化是不均匀的．答：（3）变大；（4）I= ；不均匀．
【考点精析】关于本题考查的欧姆定律及其应用，需要了解欧姆定律的应用： ① 同一个电阻，阻值不变，与电流和电压无关 但加在这个电阻两端的电压增大时，通过的电流也增大．（R=U/I） ② 当电压不变时，电阻越大，则通过的电流就越小．（I=U/R） ③ 当电流一定时，电阻越大，则电阻两端的电压就越大．（U=IR）才能得出正确答案．