Question

某同學(xué)利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電子拉力計(jì)，其原理如圖所示：金屬?gòu)椈捎叶撕突瑒?dòng)觸頭P固定在一起（彈簧的電阻不計(jì)，P與R₁之間的摩擦不計(jì)）．定值電阻R=30Ω；電阻R₁是用均勻電阻絲密繞在瓷管上做成的（類(lèi)似于滑動(dòng)變阻器），其長(zhǎng)度為10cm，阻值R₁=300Ω，電源電動(dòng)勢(shì)E=3V，內(nèi)阻不計(jì)．理想電流表的量程為0～100mA．當(dāng)拉環(huán)不受拉力時(shí)，觸頭P剛好不與電阻R₁接觸（即電路斷開(kāi)）．彈簧的勁度系數(shù)為10000N/m．
（1）電路中連入R的目的是______．
（2）設(shè)計(jì)中需要將電流表上的電流數(shù)值改為拉力的數(shù)值，那么在原電流表的40mA處應(yīng)改為_(kāi)_____N．分析可知拉力計(jì)的刻度是否均勻______．
（3）長(zhǎng)時(shí)間使用后電源的電動(dòng)勢(shì)會(huì)下降，因此會(huì)造成測(cè)力計(jì)的讀數(shù)偏______．
（4）為了使拉力計(jì)的量程增大應(yīng)采用的措施是（只填寫(xiě)一條）______．

Answer 1

【答案】分析：（1）電路中連入R的目的是對(duì)電流表起保護(hù)作用，防止短路，燒壞電流表．
（2）由圖可知定值電阻R與可變電阻R₁組成串聯(lián)電路，電流表測(cè)電路中的電流；根據(jù)歐姆定律求出電路的總電阻，再根據(jù)電阻的串聯(lián)特點(diǎn)求出變阻器接入電路電阻的大小，再根據(jù)題意求出彈簧的伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，根據(jù)圖乙得出拉力的大�。�
（3）長(zhǎng)時(shí)間使用后電源的電動(dòng)勢(shì)會(huì)下降，電流減小，會(huì)造成測(cè)力計(jì)的讀數(shù)偏小．
（4）根據(jù)拉力的表達(dá)式分析增大量程的措施．
解答：解：（1）電路中連入R的目的是對(duì)電流表起保護(hù)作用，防止當(dāng)P移動(dòng)到R₁的最右端時(shí)電流表被燒壞；
（2）當(dāng)I=4mA=0.04A時(shí)
電路中的總電阻R===75Ω，
電阻絲接入電路的電阻R₁′=R-R=75Ω-30Ω=45Ω
因
即=，
解得x=1.5cm，
所以彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度△x=L₁-x=10cm-1.5cm=8.5cm=8.5×10^-2m，
則彈簧彈力的大小為 F=k△x=10000×8.5×10^-2=850N
由上得 F=k[L-（-R）]
可知，F(xiàn)與I是非線性關(guān)系，電流表的刻度是均勻的，故拉力計(jì)的刻度是不均勻．
（3）長(zhǎng)時(shí)間使用后電源的電動(dòng)勢(shì)會(huì)下降，相同電阻時(shí)，電路中電流減小，指針的偏轉(zhuǎn)角度減小，會(huì)造成測(cè)力計(jì)的讀數(shù)偏�。�
（4）由F的表達(dá)式F=k[L-（-R）]知，為了使拉力計(jì)的量程增大，可更換勁度系數(shù)更大的彈簧或增加電阻R₁匝數(shù)（或長(zhǎng)度）．
故答案為：
（1）電路中連入R的目的是對(duì)電流表起保護(hù)作用，防止當(dāng)P移動(dòng)到R₁的最右端時(shí)電流表被燒壞；
（2）850，否或不均勻；    
（3）小
（4）更換勁度系數(shù)更大的彈簧或增加電阻R₁匝數(shù)（或長(zhǎng)度）．
點(diǎn)評(píng)：本題根據(jù)歐姆定律、電阻定律和胡克定律，得到拉力的表達(dá)式，將電路中電流，轉(zhuǎn)化成拉力所對(duì)應(yīng)的示數(shù)是本題的解題關(guān)鍵．