Question

如圖1是小明設(shè)計的一個能夠測定油箱內(nèi)油面高度的裝置，油量表是用電流表改裝而成的，滑動變阻器R的金屬滑片P是金屬棒的一端，已知滑動變阻器接入電路中的阻值隨浮標(biāo)升降均勻變化．若油箱的容積為50L，設(shè)計時要求：當(dāng)油箱從裝滿油到油全部放完時，P可在ab之間連續(xù)滑動，電路中的電流在0.6A--0.1A之間變化，（1）說出這種設(shè)計中用到的物理知識有哪些？（2）你認(rèn)為他在設(shè)計該裝置的電路時應(yīng)考慮什么問題？并簡要說明理由．（3）若他在改裝表盤時，所選擇的滑動變阻器R的最大阻值為50Ω時，他應(yīng)選擇的電源電壓值和R’的阻值是多少？（4）將電流表的表盤刻度改畫一下，還能直接顯示出油量值．請你幫助一下：在圖2中標(biāo)出油量為0、30L、50L的刻度的位置，并寫出你在確定30L的位置時的計算過程．

Answer 1

分析：（1）由圖示可知：當(dāng)油面上升或下降時，浮標(biāo)隨之上升或下降，通過類似杠桿的裝置控制了電路中電阻的大小，從而使電路中的電流相應(yīng)的發(fā)生改變，通過電流表的示數(shù)即可判斷出油箱內(nèi)油面的高度；
（2）為保護電流表，應(yīng)注意選擇電源和保護電阻R′；為提高油量表的靈敏度應(yīng)注意電流表量程的選擇；
（3）當(dāng)P在a端時電路中只有R′，電路中的電流為0.6A，根據(jù)歐姆定律得一個關(guān)于U、R′的方程；
當(dāng)P在b端時，兩電阻串聯(lián)，電路中的電流為0.1A，再利用歐姆定律得出一個關(guān)于U、R′方程，聯(lián)立方程組求解；
（4）由題意可知在刻度盤的0.1A標(biāo)上0，在0.6A處標(biāo)上50L；根據(jù)滑動變阻器接入的阻值隨浮標(biāo)升降均勻變化求出滑動變阻器接入電路的電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)特點和歐姆定律求出電流表的示數(shù)，并標(biāo)出相應(yīng)的位置．

解答：解：（1）根據(jù)圖示的裝置可以確定浮標(biāo)要受到浮力，且與浮子相連的是一繞著固定點轉(zhuǎn)動的橫桿，即為一杠桿；它帶動的P的移動造成了接入電路電阻的變化，根據(jù)歐姆定律可知會使電路中電流發(fā)生變化．
故答案為：歐姆定律；電阻的大小與長度有關(guān)；杠桿；浮力．
（2）①為保護電流表，選擇電源和R′時，電壓與R′的比值應(yīng)小于（或等于）電流表的量程．（或應(yīng)考慮當(dāng)P在a點時電流不超過電流表的量程）
②為了提高油量表的靈敏度，應(yīng)選擇在電流表0～0.6A的量程標(biāo)注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化，應(yīng)考慮電源電壓、R′與R的合理配置．
（3）裝滿油時，U=I₁R′=0.6A×R′----------------①
無油時，U=I₂（R′+R）=0.1A×（R′+50Ω）--------②
①②聯(lián)立方程組解得：U=6V，R′=10Ω．
答：電源電壓為6V；R′的阻值為10Ω；
（4）由“滑動變阻器接入的阻值隨浮標(biāo)升降均勻變化”可判斷，
當(dāng)油量為30L時，滑動變阻器接入電路的電阻為

30L

50L

×50Ω=20Ω；
電路中的電流I=

U

R′+R

=

6V

10Ω+20Ω

=0.2A，
所以30L時，電路中的電流為0.2A．作圖如下：

點評：此題通過一幅油箱改裝圖，考查到了歐姆定律、電流表的使用和讀數(shù)等電學(xué)綜合知識．理解圖示的原理、能夠從題中抓住關(guān)鍵詞語是解答此類題目的關(guān)鍵．