Question

【題目】某班科技小組的同學設計了一種簡易的電子拉力計，如圖甲是其原理圖．放在水平地面上的物體A通過硬質彈簧與拉環(huán)相連．彈簧上端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計，P與R2接觸良好且不計摩擦）．已知物體A的質量為100kg，定值電阻R1=6，R2是一根長為6cm的均勻電阻線（阻值與其長度成正比），其最大阻值為24，電源電壓為6V，電流表的量程為0～0.6A．當不拉拉環(huán)時，金屬滑片P剛好處于a端．已知該彈簧伸長的長度△l與所受豎直向上的拉力F間的關系如圖乙所示，問： ①要把電流表的表盤改為拉力計的表盤，則拉力計表盤的零刻度應標在電流表表盤的何處？
②閉合開關，當電流表示數為0.6A時，R2接入電路中的電阻為多少？此時彈簧伸長了多少？
③在保證電路安全的條件下，物塊A對地面的壓力范圍是多少（g=10N/kg）？

Answer 1

【答案】解：①當不拉拉環(huán)時，金屬滑片P剛好處于a端，R2接入電路的阻值最大， 因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的電流：
I= = =0.2A，
即拉力計的零刻度應標在電流表表盤上0.2A處；
②當電流表示數為0.6A時，電路中的總電阻：
R總= = =10Ω，
此時R2接入電路中的電阻：
R2′=R總﹣R1=10Ω﹣6Ω=4Ω，
因R2接入電路中的電阻與其長度成正比，
所以，此時彈簧的伸長量：
△l=l﹣ ×R2′=6cm﹣ ×4Ω=5cm；
③當電流表的示數為0.6A時，拉環(huán)上拉力最大，物體對地面的壓力最小，
由②可知，此時彈簧的伸長量為5cm，
由圖乙可知，最大拉力為750N，
物體A對地面的最小壓力：
F壓=G﹣F拉=mg﹣F拉=100kg×10N/kg﹣750N=250N，
當F拉=0時，物體對地面的壓力最大，則最大壓力：
FN′=G=mg=100kg×10N/kg=1000N，
故A對地面的壓力F壓的范圍為250N～1000N．
答：①拉力計表盤的零刻度應標在電流表表盤的0.2A處；
②閉合開關，當電流表示數為0.6A時，R2接入電路中的電阻為4Ω，此時彈簧伸長了5cm；
③在保證電路安全的條件下，物塊A對地面的壓力范圍是250N～1000N
【解析】（1）當不拉拉環(huán)時，金屬滑片P剛好處于a端，R2接入電路的阻值最大，根據電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流即為拉力計表盤的零刻度應標的位置；（2）當電流表示數為0.6A時，根據歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出R2接入電路中的電阻，根據R2接入電路中的電阻與其長度成正比求出此時彈簧的伸長量；（3）為保證電路的安全，則電路中最大電流不能超過0.6A，當電流為0.6A時，拉環(huán)上拉力最大，求出了此時彈簧的伸長量，由圖乙可知此時的拉力，根據G=mg求出物體的重力，物體A的重力減去最大拉力即為物塊A對地面的最小壓力，最大壓力為拉力為零時，其壓力大小等于物體的重力，然后得出答案．
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解壓力及重力與壓力的區(qū)別的相關知識，掌握壓力：指垂直作用在物體表面上的力．壓力的作用效果是使物體發(fā)生形變，以及對歐姆定律及其應用的理解，了解歐姆定律的應用： ① 同一個電阻，阻值不變，與電流和電壓無關 但加在這個電阻兩端的電壓增大時，通過的電流也增大．（R=U/I） ② 當電壓不變時，電阻越大，則通過的電流就越小．（I=U/R） ③ 當電流一定時，電阻越大，則電阻兩端的電壓就越大．（U=IR）．