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）．