Question

20．某同學(xué)欲設(shè)計(jì)一個(gè)電路，自制一臺(tái)電子秤，通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)電子秤的主要部件為一個(gè)壓敏電阻，沒(méi)有壓力時(shí)阻值為20Ω，允許通過(guò)的最大電流為0.5A，現(xiàn)有下列器材：壓敏電阻、質(zhì)量為m₀的砝碼、電流表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體（可置于壓敏電阻的受壓面上）．請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量．
A．直流電源：電動(dòng)勢(shì)約4.5V，內(nèi)阻很小   B．電流表A₁：量程0～0.6A，內(nèi)阻0.125Ω；
C．電流表A₂：量程0～3.0A，內(nèi)阻0.025Ω；   D．滑動(dòng)變阻器R₁：最大阻值10Ω；
E．滑動(dòng)變阻器R₂：最大阻值50Ω；            F．開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等．

（1）在可供選擇的器材中，應(yīng)該選用的電流表是${A}_{1}^{\;}$，應(yīng)該選用的滑動(dòng)變阻器是${R}_{1}^{\;}$．
（2）根據(jù)所選器材設(shè)計(jì)一個(gè)電路，用來(lái)描繪壓敏電阻的電流隨壓力變化的關(guān)系圖象，要求壓敏電阻兩端電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫(huà)出完成的測(cè)量電路，并根據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖連接實(shí)物圖；
（3）請(qǐng)說(shuō)明具體的測(cè)量步驟．

Answer 1

分析 本題（1）應(yīng)根據(jù)通過(guò)電子秤的最大電流來(lái)選擇電流表量程，通過(guò)估算電路中需要的最大電阻來(lái)選擇變阻器；題（2）應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大可知變阻器應(yīng)采用分壓式接法；題（3）的關(guān)鍵是明確變阻器的輸出電壓不變，然后讀出不同質(zhì)量時(shí)對(duì)應(yīng)的電流，然后畫(huà)出質(zhì)量與電流的圖象即可求解．

解答 解：（1）根據(jù)通過(guò)電子秤的最大電流為0.5A可知，電流表應(yīng)選擇${A}_{1}^{\;}$；
根據(jù)閉合電路歐姆定律可求出電路中需要的最大電阻應(yīng)為：${R}_{max}^{\;}$=$\frac{E}{{\frac{1}{3}I}_{A}^{\;}}$=$\frac{4.5}{\frac{1}{3}×0.6}Ω$=22.5Ω，所以變阻器應(yīng)選擇${R}_{1}^{\;}$；
（2）由于實(shí)驗(yàn)要求壓敏電阻兩端電壓調(diào)節(jié)范圍盡可能大，所以變阻器應(yīng)采用分壓式接法，又壓敏電阻應(yīng)與電流表串聯(lián)，電路圖及實(shí)物連線圖如圖所示：

（3）根據(jù)題意，變阻器的輸出電壓保持不變，測(cè)量步驟應(yīng)為：
①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使通過(guò)壓敏電阻的電流為某一數(shù)值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不動(dòng)，在壓敏電阻上方放一砝碼，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)；
③不斷增加砝碼個(gè)數(shù)，分別讀出電流表對(duì)應(yīng)的電流值；
④建立m-I坐標(biāo)系，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行描點(diǎn)，用平滑的曲線連接，讓盡可能多的點(diǎn)落在這條曲線上；
⑤根據(jù)物體放在壓敏電阻上所對(duì)應(yīng)的電流值，對(duì)應(yīng)圖象讀出該物體的質(zhì)量．
故答案為：（1）${A}_{1}^{\;}$，${R}_{1}^{\;}$；（2）如圖；（3）①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使通過(guò)壓敏電阻的電流為某一數(shù)值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不動(dòng)，在壓敏電阻上方放一砝碼，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)；
③不斷增加砝碼個(gè)數(shù)，分別讀出電流表對(duì)應(yīng)的電流值；
④建立m-I坐標(biāo)系，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行描點(diǎn)，用平滑的曲線連接，讓盡可能多的點(diǎn)落在這條曲線上；
⑤根據(jù)物體放在壓敏電阻上所對(duì)應(yīng)的電流值，對(duì)應(yīng)圖象讀出該物體的質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng) 應(yīng)明確：①選擇電流表時(shí)，通過(guò)電流表的最小電流應(yīng)在量程的$\frac{1}{3}$以上；②應(yīng)根據(jù)電路中需要的最大電阻來(lái)選擇變阻器；③變阻器采用分壓式接法時(shí)，若變阻器的全電阻遠(yuǎn)小于待測(cè)電阻，則滑片不變時(shí)，變阻器的輸出電壓基本不變．