Question

如圖1是小明設計的一個能夠測定油箱內油面高度的裝置，油量表是用電流表改裝而成的，滑動變阻器R的金屬滑片P是金屬棒的一端，已知滑動變阻器接入電路中的阻值隨浮標升降均勻變化．若油箱的容積為50L，設計時要求：當油箱從裝滿油到油全部放完時，P可在ab之間連續(xù)滑動，電路中的電流在0.6A--0.1A之間變化，（1）說出這種設計中用到的物理知識有哪些？（2）你認為他在設計該裝置的電路時應考慮什么問題？并簡要說明理由．（3）若他在改裝表盤時，所選擇的滑動變阻器R的最大阻值為50Ω時，他應選擇的電源電壓值和R’的阻值是多少？（4）將電流表的表盤刻度改畫一下，還能直接顯示出油量值．請你幫助一下：在圖2中標出油量為0、30L、50L的刻度的位置，并寫出你在確定30L的位置時的計算過程．

Answer 1

解：（1）根據圖示的裝置可以確定浮標要受到浮力，且與浮子相連的是一繞著固定點轉動的橫桿，即為一杠桿；它帶動的P的移動造成了接入電路電阻的變化，根據歐姆定律可知會使電路中電流發(fā)生變化．
故答案為：歐姆定律；電阻的大小與長度有關；杠桿；浮力．
（2）①為保護電流表，選擇電源和R′時，電壓與R′的比值應小于（或等于）電流表的量程．（或應考慮當P在a點時電流不超過電流表的量程）
②為了提高油量表的靈敏度，應選擇在電流表0～0.6A的量程標注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內變化，應考慮電源電壓、R′與R的合理配置．
（3）裝滿油時，U=I₁R′=0.6A×R′----------------①
無油時，U=I₂（R′+R）=0.1A×（R′+50Ω）--------②
①②聯(lián)立方程組解得：U=6V，R′=10Ω．
答：電源電壓為6V；R′的阻值為10Ω；
（4）由“滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化”可判斷，
當油量為30L時，滑動變阻器接入電路的電阻為×50Ω=20Ω；
電路中的電流I===0.2A，
所以30L時，電路中的電流為0.2A．作圖如下：

分析：（1）由圖示可知：當油面上升或下降時，浮標隨之上升或下降，通過類似杠桿的裝置控制了電路中電阻的大小，從而使電路中的電流相應的發(fā)生改變，通過電流表的示數即可判斷出油箱內油面的高度；
（2）為保護電流表，應注意選擇電源和保護電阻R′；為提高油量表的靈敏度應注意電流表量程的選擇；
（3）當P在a端時電路中只有R′，電路中的電流為0.6A，根據歐姆定律得一個關于U、R′的方程；
當P在b端時，兩電阻串聯(lián)，電路中的電流為0.1A，再利用歐姆定律得出一個關于U、R′方程，聯(lián)立方程組求解；
（4）由題意可知在刻度盤的0.1A標上0，在0.6A處標上50L；根據滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化求出滑動變阻器接入電路的電阻，根據電阻的串聯(lián)特點和歐姆定律求出電流表的示數，并標出相應的位置．
點評：此題通過一幅油箱改裝圖，考查到了歐姆定律、電流表的使用和讀數等電學綜合知識．理解圖示的原理、能夠從題中抓住關鍵詞語是解答此類題目的關鍵．