Question

【題目】小明設計了如圖甲所示的實驗裝置來探究不同物體在木板上所受摩擦力的大小．將物體放置在水平的長木板上，物體與木板表面粗糙程度不變，導電性能良好的彈簧其右端與物體及動變阻器R1滑片P 相連（不計滑片與滑動變阻器線圈間的摩擦；滑動變阻器的阻值隨長度均勻變化；探究過程中，滑片P 始終在a、b 間），彈簧的左端固定在墻壁上．當木板沿箭頭所示的方向勻速運動時，開始物體隨木板勻速運動，后物體和木板間發生相對滑動，物體處于平衡狀態時，電流表的示數穩定不變，物體和木板間的摩擦力也不變．換用質量不同的物體，重復上述實驗，發現電流表的示數隨所放置物體的質量的變化而變化，不同質量的物體所受的摩擦力f 不同，滑動變阻器R1的阻值也不同．若物體所受摩擦力f 與滑動變阻器R1的阻值的關系如圖乙所示，電流表的量程為“0～0.6A”，電源電壓為3V．問：
（1）當滑動變阻器的滑片P 指向b 端時，為了保護電流表不致損壞，電阻R0的阻值至少為多大？
（2）若電阻R0的阻值為10Ω，某一物體在木板上處于平衡狀態時，電流表的示數為0.2A，該物體所受的摩擦力是多少？
（3）當不同的物體放置在木板上，電路中電流表的示數變大時，物體所受的摩擦力發生了什么變化？
（4）若電源電壓、定值電阻R0的阻值、摩擦力f 的大小分別用U、R0、f 表示，則換用質量不同的物體放置于水平木板上，木板沿箭頭所示的方向勻速運動時，電流表示數與摩擦力f 的數量關系可用表達式表示．當實驗開始時，物體隨木板一起做勻速運動過程中，電流表示數的變化是（選填“均勻的”或“不均勻”）．

Answer 1

【答案】
（1）解：由圖甲知，當滑動變阻器滑片P指向b端時，R1的阻值為0，電路中只有R0連入電路中，此時電路中電流最大，

電流表的量程為0～0.6A，所以為了保護電流表不致損壞電路中最大電流為0.6A，

由歐姆定律可得，R0的阻值：

R0= = =5Ω；

答：為了保護電流表不致損壞，電阻R0的阻值至少為5Ω；

（2）解：R0與R1串聯，電流表測電路中電流，

電流表的示數為0.2A時，由歐姆定律可得電路的總電阻：

R= = =15Ω

此時R1的接入電阻為：R1′=R﹣R0′=15Ω﹣10Ω=5Ω

根據圖象可知，物體所受的摩擦力f=5N；

答：若電阻R0的阻值為10Ω，某一物體在木板上處于平衡狀態時，電流表的示數為0.2A，該物體所受的摩擦力是5N；

（3）變大
（4）I= ；不均勻
【解析】解：（3）由電路圖，根據歐姆定律知當電路中電流表的示數變大時電路的總電阻減小，R1的阻值變小，由圖象可知物體所受的摩擦力變大了；（4）由圖象知，f與R1的圖象是一條直線，即兩者是一次函數關系，設f=aR1+b， 當R1=0時，f=10N，即有：10N=a×0+b，解得b=10N，當R1=10Ω時，f=0N，即有：0N=a×10Ω+10N，解得a=﹣1N/Ω，所以f與R1的關系式為：f=﹣1N/ΩR1+10N，
所以R1=（10N﹣f）Ω/N由串聯電路特點和歐姆定律表示出電流表示數為：I= = ；由此表達式可知，電流表示數的變化是不均勻的．答：（3）變大；（4）I= ；不均勻．
【考點精析】關于本題考查的歐姆定律及其應用，需要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）才能得出正確答案．