Question

7．如图是同学们自己发明的电子握力器的模拟电路．电源电压6V不变，滑动变阻器R的最大值为50Ω，b端固定在绝缘底座上，手柄A与变阻器滑片固定在一起，握力为零时，滑片处于a端，R₀为定值电阻．力量计由一个电流表（量程为0～0.6A）改装而成．使用时，先闭合开关S，再用手握住手柄A向下运动压缩弹簧，握力就显示在
力量计表盘上．
（1）R₀的作用是保护电路．
（2）当握力增加时，力量计的示数也随之增大，请结合图分析其原因：当握力增加时，滑片下移，R接入电路中的电阻变小，电路中的总电阻变小，由I=$\frac{U}{R}$可知，电路中的电流变大，即由电流表改装力量计的示数也随之增大．
（3）当握力器的握力最大时，力量计示数为最大值（即电流表达到最大值），求力量计的零刻度线对应原电流表的示数．
（4）改装设计：用电压表代替电流表做力量计，乙图已画出部分电路，请在乙图中补充完成电路的设计．要求：当握力为零时，力量计（电压表）的示数为零．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，如果没有R₀，当握力过大时会使ab电阻丝接入电路的电阻过小，电路中电流过大可能烧坏电流表；
（2）当握力增加时，滑片下移，R接入电路中的电阻变小，电路中的总电阻变小，根据欧姆定律可知电路中的电流变化，据此进行解答；
（3）当握力器的握力最大时，R接入电路中的电阻为0，此时力量计示数为最大值，根据欧姆定律求出定值电阻R₀的阻值；握力为0时，R接入电路中的电阻最大，根据电阻的串联和欧姆定律求出力量计的零刻度线对应原电流表的示数；
（4）当握力为零时，力量计（电压表）的示数为零，由U=IR可知，此时电压表被短路，据此进行解答．

解答 解：（1）电路中连入R₀的目的是对电流表起保护作用，防止当P移动到R的最下端时电流表被烧坏；
（2）当握力增加时，滑片下移，R接入电路中的电阻变小，电路中的总电阻变小，
由I=$\frac{U}{R}$可知，电路中的电流变大，即由电流表改装力量计的示数也随之增大；
（3）当握力器的握力最大时，R接入电路中的电阻为0，此时力量计示数为最大值，即I=0.6A，
则定值电阻R₀的阻值：
R₀=$\frac{U}{{I}_{大}}$=$\frac{6V}{0.6A}$=10Ω，
握力为0时，R接入电路中的电阻最大，则力量计的零刻度线对应原电流表的示数：
I_小=$\frac{U}{{R}_{0}+R}$=$\frac{6V}{10Ω+50Ω}$=0.1A；
（4）当握力为零时，力量计（电压表）的示数为零，由U=IR可知，此时电压表被短路，如下图所示：

答：（1）保护电路；
（2）当握力增加时，滑片下移，R接入电路中的电阻变小，电路中的总电阻变小，由I=$\frac{U}{R}$可知，电路中的电流变大，即由电流表改装力量计的示数也随之增大；
（3）力量计的零刻度线对应原电流表的示数为0.1A；
（4）如上图所示．

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图的改装，明白电子握力器的原理是关键．