Question

如圖所示是小明利用所學(xué)物理知識設(shè)計的電子秤的示意圖、托盤、彈簧上端和金屬滑片P固定在一起，定值電阻R₀=5Ω，ab是一根長為5cm的均勻電阻絲，總電阻R=20Ω；電源電壓U=3V保持不變，電流表量程為0～0.6A、（彈簧的電阻不計，P與R間摩擦不計，g取10N/kg）求：
（1）電阻R0在電路中作用：

保護電路

．
（2）在托盤中無物體時，使金屬滑片P處于R最上端，閉合開關(guān)后，電流表讀數(shù)為多少？
（3）該電子秤測量最大質(zhì)量時電流表的示數(shù)是多少？
（4）已知該彈簧壓縮的長度△L與所受壓力F的關(guān)系如下表所示、開關(guān)S閉合后，當電流表指針指在0.2A處時，托盤中物體的質(zhì)量為多少？

△L/cm	0	0.5	1	1.5	2	2.5	3	3.5	4	4.5	5
F/N	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50

Answer 1

分析：（1）串聯(lián)電路具有分壓作用，定值電阻串聯(lián)在電路中，可以保證電源電壓不會全部加在電阻絲兩端，引起電路電流過大．
（2）已知定值電阻阻值和滑片在最上端電阻絲的阻值，可以得到串聯(lián)總電阻；已知電路總電阻和電源電壓，利用I=

U

R

得到電路電流．
（3）電子秤測量最大質(zhì)量時，滑片位于最下端，電阻絲短路．電路電流為通過R₀的電流．
（4）已知電源電壓和電路電流，可以得到電路總電阻；已知電路總電阻和定值電阻阻值，可以得到電阻絲接入電路的電阻；
已知電阻絲的長度和最大電阻，可以得到電阻與長度的對應(yīng)關(guān)系；已知電阻絲接入電路的阻值和與長度的對應(yīng)關(guān)系，可以得到電阻絲接入電路的電阻絲長度；已知電阻絲接入電路的電阻絲長度，查表可以得到電阻絲受到的壓力；最后根據(jù)壓力得到物重，利用m=

G

g

得出物體質(zhì)量．

解答：解：
（1）由圖知，壓力越大，滑片越向下，定值電阻串聯(lián)在電路中，可以防止滑片到達最下端引起的短路，從而起到保護電路的作用．
（2）當托盤中無物時，電路電流為I=

U

R +R0

=

3V

5Ω+20Ω

=0.12A
（3）當滑片位于最下端，電路電流為I₀=

U

R0

=

3V

5Ω

=0.6A
（4）電流表示數(shù)為0.2A時，電路總電阻為
R_串=

U

I

=

3V

0.2A

=15Ω
電阻絲接入的阻值為
R′=R_串-R₀=15Ω-5Ω=10Ω
因為電阻絲長度5cm，阻值為20Ω
所以此時接入電路的長度為2.5cm
查表知，托盤受到的壓力為25N
所以物體的質(zhì)量為
m=

G

g

=

F

g

=

25N

10N∕kg

=2.5kg
答：
（1）電阻再電路中的作用是保護電路；  
（2）托盤中無物時，電流表的示數(shù)為0.12A；  
（2）滑片在最下端時電流表的示數(shù)為0.6A；  
（3）被測物體的質(zhì)量為2.5Kg．

點評：此題是一道聯(lián)系實際的、力綜合題，難度適中，需要熟悉電學(xué)的有關(guān)規(guī)律和力學(xué)的基本運算．