Question

5．学校物理活动小组制作了一种“电子秤”，实际上是压力测量仪．用它来称量物体的重量．其原理结构如图所示．图中A为金属片，B为金属板．R₁=24Ω，R₂是滑动变阻器，电源电压为12V且保持不变．问：
（1）电路安装了定值电阻R₁．你知道安装R₁的作用吗？
（2）当滑片在中点时．重量表的示数是4.8V，那么，滑片滑到最下端时．重量表的示数是多少？

Answer 1

分析 （1）由电路结构可知，滑动变阻器有短路的可能性，为了防止出现短路而用R₁来保护电路；
（2）当滑片在中点时，R₁与$\frac{{R}_{2}}{2}$串联，重量表测R₁两端电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的电流，利用串联电路的电压特点求出变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出变阻器接入电路中的电阻，进一步求出变阻器的最大阻值；根据电阻的串联和欧姆定律求出滑片滑到最下端时电路中的电流，再根据欧姆定律求出重量表的示数．

解答 解：（1）当滑动变阻器滑片滑到最顶端时，滑动变阻器会短路，故R₁可以防止变阻器发生短路而烧坏重量表，起到保护电路的作用；
（2）当滑片在中点时，R₁与$\frac{{R}_{2}}{2}$串联，重量表测R₁两端的电压，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{4.8V}{24Ω}$=0.2A，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，变阻器两端的电压：
U₂=U-U₁=12V-4.8V=7.2V，
变阻器接入电路中的电阻：
$\frac{{R}_{2}}{2}$=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{7.2V}{0.2A}$=36Ω，
则R₂=72Ω；
滑片滑到最下端时，电路中的电流：
I′=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{2}}$=$\frac{12V}{24Ω+72Ω}$=$\frac{1}{8}$A，
重量表的示数：
U₁′=I′R₁=$\frac{1}{8}$A×24Ω=3V．
答：（1）电路中定值电阻R₁的作用：保护电路，防止重量表烧坏；
（2）滑片滑到最下端时，重量表的示数是3V．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用以及电路中定值电阻的作用，要注意图中重量表是由电压表改装而成的．