科技小组的同学设计了一种简易的电子拉力计,图甲是其原理图.弹簧的一端固定水平地面上,另一端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R2接触良好且不计摩擦).已知物体A的质量为100kg,定值电阻R1= 6Ω,R2是一根长为6cm的均匀电阻线(阻值与其长度成正比),其最大阻值为24Ω,电源电压为6V,电流表的量程为0~0.6A.当不拉拉环是时,金属滑片P刚好处于a端.已知该弹簧伸长的长度△l与所受竖直向上的拉力F间的关系如图乙所示,问:
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⑴要把电流表的表盘改为拉力计的表盘,则拉力计表盘的零刻度应标在电流表表盘的何处?
⑵闭合开关,当电流表示数为0.6A时,R2接入电路中的电阻为多少?
⑶在保证电路安全的条件下,拉环拉力的最大值为多大?
⑴0.2A处⑵4Ω⑶750N
【解析】⑴当不拉拉环时,R2= 24Ω,(1分)
由欧姆定律知,电路中电流
I =
=0.2A(1分)
故拉力计的零刻度应标在电流表表盘上示数为0.2A处.(1分)
⑵闭合开关,拉动拉环,当电流表示数为0.6A时,由欧姆定律得
总电阻R'=
=10Ω(2分)
R2接入电路的电阻R2'=R'―R1=10Ω―6Ω=4Ω(1分)
⑶由题意要保证电路的安全,
则电路中最大电流不能超过0.6A,当电流为0.6A时,拉环上拉力最大.(1分)
由第⑵问知R2'=4Ω,又R2的阻值与长成正比,
故此时连入电路中的电阻线长度为l=1cm,
则弹簧伸长的长度△l=l0―l= 6cm―1cm=5cm(1分)
据乙图知,此时拉环拉力最大为Fmax=750N(1分)
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