如图所示是一种自动测定油箱内油量的装置.R是滑动变阻器,它的滑片在杠杆的-端,油量表(油量显示器)实际上是一个电流表(是由电流表改装而成).
(1)试说明电路中R′的作用.
(2)该装置用到了哪些物理知识.(至少说出三种)
(3)已知油量表(电流表)的量程为0.6A,表盘如图(b)所示,电源电压为12V,设计时规定,通过油量表的最小电流为0.1A.按照这一规定,保护电阻R′的阻值和滑动变阻器R的最大值应该分别是多大?
(4)若油量表的最大示数设计为120L,最小示数设计为20L,请在图(b)的刻度盘上标出这两个对应的油量示数.
网友回答
解:(1)如果油箱中的油越来越多,则滑动变阻器的阻值就会越来越小,此时电路中的电流就会越来越大,为了防止由于电流过大而烧坏油量表(电流表),应该给电路中串联一个定值电阻,所有R′起保护电路的作用;
(2)浮标始终处于漂浮状态,根据图示的装置可知与浮标相连的是一绕着固定点转动的横杆,故为一杠杆;浮标的上下移动改变了滑动变阻器接入电路中的电阻,从而使电路中的电流发生变化.因此应用到的知识有杠杆、浮力、电流随电阻的变化而变化,滑动变阻器的作用等;
(3)当油面最高时,滑动变阻器接入电路的阻值为零,电路中只有定值电阻R′,并且此时电路中的电流最大,即0.6A,因此定值电阻:R′===20Ω;
当油面最低时,滑动变阻器接入电路的阻值最大,滑动变阻器与定值电阻R′串联,并且此时电路中的电流最小,即0.1A,则电路中的总电阻:R总===120Ω,
因此滑动变阻器的最大阻值:R=R总-R′=-R′=-20Ω=100Ω.
(4)从图中可以看出,当油量最少时,滑动变阻器接入电路的阻值为最大,此时电路中电流小,因此20L对应的示数为0.1A;
当油量最多时,滑动变阻器接入电路的阻值为零,此时电路中电流大,因此120L对应的示数为0.6A.
答:(1)起保护电路的作用;
(2)杠杆、浮力、电流随电阻的变化而变化,滑动变阻器的作用;
(3)保护电阻R′的阻值为20Ω;滑动变阻器R的最大值为100Ω;
(4)20L对应的示数为0.1A;120L对应的示数为0.6A.
解析分析:(1)如果没有定值电阻的话,则当油箱中的油越来越多的时候,滑动变阻器的阻值就会越来越小,此时电路中的电流就会越来越大,可能会烧坏油量表;(2)从油面位置的变化入手,结合杠杆、浮力、欧姆定律等内容来分析电路中涉及的相关知识;(3)当电路中电流最大时,滑动变阻器接入电路中的电阻为零,然后根据电源电压、欧姆定律的变形公式即可求出保护电阻的阻值;当电路中的电流最小时,此时滑动变阻器连入电路中的电阻最大,根据欧姆定律的公式变形R=计算出电路中的总电阻,根据串联电路电阻特点进一步计算滑动变阻器的最大阻值.(4)因为油量越少,滑动变阻器接入电路的电阻越大,电路中的电流越小;反之,电流越大;因此电路中的最大电流对应最多油量,最小电流对应最少油量.
点评:本题考查了定值电阻的作用、欧姆定律的应用以及电流值与油量的关系,本题关键点:一是掌握滑动变阻器的正确使用方法,二是灵活应用欧姆定律进行计算.