为了锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,图甲是原理图.硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起.定值电阻R0=5Ω,a、b是一根长为5cm的均匀电阻丝,阻值R1=25Ω,电源电压U=3V,电流表的量程为?0~0.6A,已知该弹簧伸长的长度△L与所受拉力F间的关系如图乙所示.(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计)
(1)当拉环不受拉力时,滑片P处于a端,闭合开关后电流表的读数是多少?
(2)开关S闭合后,当电流表指针指在0.15A处时,电阻丝接入电路的电阻是多少?
(3)在(2)的情况下,作用在拉环上水平向右的拉力为多大?
网友回答
解:(1)由图可知,当滑片在R1的a端时R0与R1的最大阻值串联,
∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和,
∴根据欧姆定律可得,电路中的电流:
I1===0.1A;
(2)当电流表指针指在0.15A处时,电路中的总电阻:
R===20Ω,
电阻丝接入电路的电阻:
R1′=R-R0=20Ω-5Ω=15Ω;
(3)在(2)的情况下,R1连入电路中的长度为3cm,
滑片向右移动的距离△L=5cm-3cm=2cm,
由图乙知,作用在拉环上的力F=200N.
答:(1)当拉环不受拉力时,电流表的读数是0.1A;
(2)当电流表指针指在0.15A处时,电阻丝接入电路的电阻是15Ω;
(3)在(2)的情况下,作用在拉环上水平向右的拉力为200N.
解析分析:(1)由图可知定值电阻R0与可变电阻R1组成串联电路,当滑片P在a端时,R0与R1串联,处于不受拉力状态,知道电源电压和两阻值大小,利用欧姆定律求此时电路中的电流;
(2)根据欧姆定律求出电路中的总电阻,再根据电阻的串联求出此时电阻丝接入电路的电阻的阻值;
(3)根据题意求出连入电路中的电阻线长度,求出弹簧的伸长量,再由乙图得出拉力大小.
点评:能否通过图甲准确判断定值电阻R0与可变电阻R1的电路关系,了解滑片在不同位置时电路所处的状态,并转化成拉力所对应的示数是本题的解题关键.