Question

（2013?河西區(qū)二模）學(xué)習(xí)了電學(xué)知識(shí)后，某中學(xué)物理興趣小組的同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，電學(xué)量的變化往往能用來反映力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等物理量的變化．在老師的幫助下，他們共同設(shè)計(jì)了一種用電學(xué)量的變化來反映力學(xué)量-----距離變化的裝置．
（1）如1所示是他們最初設(shè)計(jì)的裝置原理圖，圖中R₀是定值電阻，ab是沿豎直方向固定放置的長60cm粗細(xì)均勻的金屬桿，其電阻R_ab為9Ω，電阻隨長度變化均勻；M是上下均有掛環(huán)、可沿豎直導(dǎo)軌上P移動(dòng)的小物塊，它左端用水平金屬細(xì)桿（電阻不計(jì)）與滑片P相連，P與ab接觸良好；除金屬桿ab、小物塊M，金屬細(xì)桿和導(dǎo)軌外，他們還準(zhǔn)備了以下器材：
A．電源（提供4V的穩(wěn)定電壓）
B．電源表A（量程0～0.6A）
C．電壓表V₁（量程0～3V）
D．電壓表V₂（量程0～15V）
E．定值電阻R₀（1Ω、3Ω、5Ω的電阻各一個(gè)）
F．開關(guān)S一個(gè)、導(dǎo)線（足夠長）若干
①同學(xué)們認(rèn)為，該裝置應(yīng)該盡可能地反映M移動(dòng)的距離范圍，同時(shí)還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出移動(dòng)是距離值，要達(dá)到此目的，電壓表應(yīng)該選

C

（填器材序號(hào)字母）、定值電阻R的阻值應(yīng)該選

3

Ω的．
②在他們①的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案中，P在ab的中點(diǎn)時(shí)，電壓表的示數(shù)是

1.5

V．
（2）老師在充分肯定他們的設(shè)計(jì)方案后，提出一個(gè)建議，能否在上述實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上再想想辦法，使測(cè)量的距離范圍更大？
他們經(jīng)過討論后，決定增加一組滑輪組試試，圖2所示的三個(gè)圖分別是小明、小亮和小艷設(shè)計(jì)的滑輪組與M連接的示意圖，他們希望通過電表的示數(shù)間接反映繩上N點(diǎn)的移動(dòng)距離，且要求N點(diǎn)移動(dòng)距離范圍超過M．
①小明的連接方式能夠達(dá)到目的嗎？

不能

（選填“能”或“不能”），請(qǐng)你說明理由：

根據(jù)滑輪組繩的繞法可知，N點(diǎn)的移動(dòng)距離范圍小于M

②

小亮

（填“小明”、“小亮”、或“小艷”）的連接方式能使測(cè)量的N點(diǎn)移動(dòng)距離范圍最大．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)電源電壓結(jié)合題目要求選擇電壓表的量程；
根據(jù)電壓表量程及ab的最大阻值結(jié)合串聯(lián)電路電流、電壓的知識(shí)選擇定值電阻的值；
②根據(jù)歐姆定律結(jié)合串聯(lián)電路電壓、電流的知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，首先根據(jù)I=

U

R

計(jì)算出電路中的電流，根據(jù)U=IR計(jì)算出電壓表的示數(shù)；
（2）①根據(jù)小明滑輪組的連接情況判斷M與N的移動(dòng)距離的大小后，說明理由；
②滑輪組自由端繩子的移動(dòng)距離與承擔(dān)動(dòng)滑輪的繩子段數(shù)有關(guān)；

解答：解：（1）①電源只有4V，還希望電壓表上的每根刻度線都能夠表示出肘移動(dòng)的距離值，如果用0--15V量程時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)較小，達(dá)不到要求，所以須選用0--3V量程的電壓表；選用較大定值電阻時(shí)，由串聯(lián)電路的分壓作用，ab上分得的電壓較少，電壓表變化不明顯，選用較小定值定值時(shí)，電壓表有可能超量程，所以選用3Ω的定值電阻；
②當(dāng)滑片位于滑動(dòng)變阻器中點(diǎn)時(shí)，電路的電流：I=

U

R

=

4V

3Ω+9Ω

=

1

3

A，電壓表的示數(shù)為：U′=I×R_ap=

1

3

A×

1

2

×9Ω=1.5V；
（2）①小明連接的滑輪組不能達(dá)到要求，因?yàn)楦鶕?jù)滑輪組繩的繞法可知，N點(diǎn)的移動(dòng)距離范圍小于M；
②由滑輪組提升物體時(shí)繩子自由端移動(dòng)距離和物體移動(dòng)距離的關(guān)系可知，小亮連接的滑輪組中N移動(dòng)距離是M移動(dòng)距離的5倍，小艷連接的滑輪組中N移動(dòng)距離是M移動(dòng)距離的4倍，所以小亮的連接方式能使測(cè)量的N點(diǎn)移動(dòng)距離范圍最大．
故答案為：（1）①C；3；②1.5；（2）①不能；根據(jù)滑輪組繩的繞法可知，N點(diǎn)的移動(dòng)距離范圍小于M；②小亮．

點(diǎn)評(píng)：此題是一道力學(xué)和電學(xué)的綜合題，考查了歐姆定律在串聯(lián)電路中的應(yīng)用，電壓表量程的選擇，同時(shí)還考查了滑輪組繩端移動(dòng)距離與動(dòng)滑輪移動(dòng)距離的關(guān)系，難度較大．