科技小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易的電子拉力計(jì),圖甲是其原理圖.彈簧的一端固定水平地面上,另一端和金屬滑片P固定在一起(彈簧的電阻不計(jì),P與R2接觸良好且不計(jì)摩擦).已知物體A的質(zhì)量為100kg,定值電阻R1= 6Ω,R2是一根長(zhǎng)為6cm的均勻電阻線(阻值與其長(zhǎng)度成正比),其最大阻值為24Ω,電源電壓為6V,電流表的量程為0~0.6A.當(dāng)不拉拉環(huán)是時(shí),金屬滑片P剛好處于a端.已知該彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度△l與所受豎直向上的拉力F間的關(guān)系如圖乙所示,問(wèn):
⑴要把電流表的表盤改為拉力計(jì)的表盤,則拉力計(jì)表盤的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤的何處?
⑵閉合開(kāi)關(guān),當(dāng)電流表示數(shù)為0.6A時(shí),R2接入電路中的電阻為多少?
⑶在保證電路安全的條件下,拉環(huán)拉力的最大值為多大?
⑴0.2A處⑵4Ω⑶750N
【解析】⑴當(dāng)不拉拉環(huán)時(shí),R2= 24Ω,(1分)
由歐姆定律知,電路中電流
I = =0.2A(1分)
故拉力計(jì)的零刻度應(yīng)標(biāo)在電流表表盤上示數(shù)為0.2A處.(1分)
⑵閉合開(kāi)關(guān),拉動(dòng)拉環(huán),當(dāng)電流表示數(shù)為0.6A時(shí),由歐姆定律得
總電阻R'= =10Ω(2分)
R2接入電路的電阻R2'=R'―R1=10Ω―6Ω=4Ω(1分)
⑶由題意要保證電路的安全,
則電路中最大電流不能超過(guò)0.6A,當(dāng)電流為0.6A時(shí),拉環(huán)上拉力最大.(1分)
由第⑵問(wèn)知R2'=4Ω,又R2的阻值與長(zhǎng)成正比,
故此時(shí)連入電路中的電阻線長(zhǎng)度為l=1cm,
則彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度△l=l0―l= 6cm―1cm=5cm(1分)
據(jù)乙圖知,此時(shí)拉環(huán)拉力最大為Fmax=750N(1分)
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