如图是某研究性学习小组自制的电子秤原理图,它利用电压表的示数来指示物体的质量.托盘、弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起,托盘和弹簧的质量不计,OA间有可收缩的金属弹簧(电阻可以忽略不计),当盘中没有放物体时,电压表的示数为0.已知电阻R0=5Ω,滑动变阻器最大阻值为15Ω,电源电压U=3V,电压表的量程为0~3V.现将1kg的物体放在托盘中,滑片刚好指在距R上端1/3处(不计摩擦,弹簧终在弹性限度内),请计算回答:
(1)将1kg的物体放在托盘中时,电压表的示数为多少?
(2)该电子秤能测量的最大质量是多少?此质量数应标在电压表多少伏的位置上?
(3)电路中定值电阻R0的作用是什么?
(4)该小组在对上述已经制作好的“电子秤”进行交流和评估时发现,在其他条件不变的情况下,改变定值电阻R0的阻值或换用弹性不同的弹簧将影响质量的测量值,请你就两点中的某一点做出分析,当改变该元件时,对质量的测量值将产生怎样的影响?
网友回答
解:(1)根据题意,将1kg的物体放在托盘中,滑片刚好指在距R上端1/3处,所以滑动变阻器接入电路中的电阻值为:R=×15Ω=5Ω
电路的总电阻为:R总=R+R0=5Ω+5Ω=10Ω
电路中的电流为:I===0.3A
流过滑动变阻器R的电流为:IR=I=0.3A
滑动变阻两端的电压为:UR=IRR=0.3A×5Ω=1.5V.即电压表的示数为1.5V.
(2)因为将1kg的物体放在托盘中,滑片刚好指在距R上端1/3处,所以将3kg的物体放在托盘中,滑片指在最下端,这是该电子秤能测量最大质量的位置.
此时滑动变阻器接入的阻值为:R=15Ω.
总电阻为:R总=R+R0=15Ω+5Ω=20Ω
电路中的电流为:I===0.15A
流过滑动变阻器R的电流为:IR=I=0.15A
滑动变阻两端的电压为:UR=IRR=0.15A×15Ω=2.25V.即此时电压表的示数为2.25V.
(3)当托盘中不放物体时,滑动变阻器R接入的电阻值为0,此时电阻R0保护电路,电流不致过大.
(4)电压表示数U=IR=I总R=()R,根据数学知识,当R0增大时,U减小,即质量的测量值比真实值偏小;换用弹性较大的弹簧时,托盘受到相同的压力,滑片下移的距离减小,滑动变阻器接入电路的阻值减小,U=IR=I总R=()R=()(R+R0-R0)=U-,当滑动变阻器接入阻值R减小时,U减小,即质量的测量值比真实值偏小.
故