Question

小強同學(xué)利用學(xué)過的物理知識設(shè)計了一個電子拉力計，圖甲是其原理圖．硬質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計，P與R₁間的摩擦不計）．定值電阻R₀=5Ω，ab是一根長為5cm的均勻電阻絲（電阻值與長度成正比），其阻值R₁=25Ω，電源電壓U=3V，電流表的量程為O-O.6A．小強的同桌提出了下列兩個問題：
（1）為什么要在電路中接入R₀？
（2）當(dāng)拉環(huán)不受拉力時，滑片P處于a端，閉合開關(guān)S后電流表的讀數(shù)是多少A？
小強的回答如下：
答：（1）其實R₀可有可無，我只是覺得接入R₀更好玩；（a）
（2）當(dāng)拉環(huán)不受拉力時，閉合開關(guān)S后，根據(jù)歐姆定律，可計算得電流表的讀數(shù)為：
I===0.6A（b）
你認為小強的回答和計算都正確嗎？若都正確請說明理由，若有錯請指出并更正．
之后小強也向同桌提出了一個問題：
（3）我使用的彈簧伸長的長度△L與所受拉力F間的關(guān)系如圖乙所示．請你計算一下，要使開關(guān)S閉合后，電流表指針指在O.3A處，作用在拉環(huán)上水平向右的拉力應(yīng)是多大？

請你先判斷小強的回答，再回答小強提出的問題．

Answer 1

解：（1）小強的回答不正確．電路中必須接入R₀，其目的是保護電流表．
（2）當(dāng)拉環(huán)不受拉力時，滑片P處于a端，閉合開關(guān)S后電流表的讀數(shù)應(yīng)為
I===0.1A．
（3）當(dāng)電流表讀數(shù)為O.3A時，根據(jù)歐姆定律，可得R₀兩端的電壓為
U₀=I₁R₀=0.3A×5Ω=1.5V，
則R₁兩端的電壓為：U₁=U-U₀=3V-1.5V=1.5V，
故R₁接入電路部分的電阻R₁′===5Ω，
因電阻絲的電阻值與長度成正比，故可知彈簧被拉長的長度為
△L=×（R₁-R₁′）=×20Ω=4cm，
對照圖乙，可知作用在拉環(huán)上的水平向右的拉力為F=400N．
分析：（1）由電路圖可知，如果沒有R₀，當(dāng)拉力過大使ab電阻絲接入電路的電阻過小，電路中電流過大可能燒壞電流表．
（2）當(dāng)拉環(huán)不受拉力時，ab接入電路的電阻絲最長，且與定值電阻串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電阻特點和歐姆定律求出電流表的示數(shù)．
（3）根據(jù)歐姆定律求出R₀兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點求出R₁兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出R₁接入電路部分的電阻，由電阻絲的電阻值與長度成正比，可知彈簧被拉長的長度，對照圖乙，可知作用在拉環(huán)上的水平向右拉力的大小．
點評：能否通過圖甲準(zhǔn)確判斷定值電阻R₀與可變電阻R_ab的電路關(guān)系，了解滑片在不同位置時電路所處的狀態(tài)，并轉(zhuǎn)化成拉力所對應(yīng)的示數(shù)是本題的解題關(guān)鍵．