Question

4．為鍛煉身體，小王利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì)，如圖甲所示．硬質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計(jì)，P與R₁間的摩擦不計(jì)）．定值電阻R₀=10Ω，如是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R₁=20，電源電壓U=6V，電流表的量程為0～0.6A．
（1）小王在電路中接入R₀的目的是保護(hù)電路，防止電流過大而燒壞電流表；
（2）當(dāng)拉環(huán)不受拉力時(shí)，滑片P處于a端，閉合開關(guān)后，電流表的示數(shù)為0.2A，此時(shí)電阻R₀上的電功率為0.4W：
（3）已知該彈簧伸長的長度△L與所受拉力F間的關(guān)系如圖乙所示．通過計(jì)算說明，閉合S后，當(dāng)電流表的指針指到0.6A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為多大？

Answer 1

分析 （1）由圖可知定值電阻R₀與可變電阻R₁組成串聯(lián)電路，當(dāng)滑片P在b端時(shí)R₁=0時(shí)，如果沒有定值電阻R₀將會(huì)造成電源短路；
（2）當(dāng)滑片P在a端時(shí)，R₀與R₁串聯(lián)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求此時(shí)電路中的電流，利用P=I²R求出電阻R₀上的電功率；
（3）根據(jù)歐姆定律求出當(dāng)電流表指針指在0.6A處時(shí)電路中的總電阻，然后判斷R₁接入電路中的電阻，然后判斷彈簧的伸長量，由圖乙得出作用在拉環(huán)上水平向右的拉力．

解答 解：（1）小王在電路中連入R₀的目的是保護(hù)電路，防止電流過大而燒壞電流表；
（2）當(dāng)滑片P在a端時(shí)，R₀與R₁串聯(lián)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，此時(shí)電流表的讀數(shù)：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{6V}{10Ω+20Ω}$=0.2A，
此時(shí)電阻R₀上的電功率：
P₀=I²R₀=（0.2A）²×10Ω=0.4W；
（3）當(dāng)電流表指針指在0.6A處時(shí)，電路中的總電阻：
R=$\frac{U}{I′}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω，
則此時(shí)R₁接入電路中的阻值為0，即△L=5cm，
由圖乙可知，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為150N．
答：（1）保護(hù)電路，防止電流過大而燒壞電流表；
（2）0.2；0.4；
（3）當(dāng)電流表的指針指到0.6A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力為150N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、的概率公式的應(yīng)用，從題干和圖象中獲取有用的信息是解題的關(guān)鍵．