Question

13．如圖是小明自制電子秤的原理示意圖．托盤、輕彈簧上端和金屬滑片P固定一起（彈簧的電阻不計）．
（1）電路設計：要使電子秤能正常工作，下列電路連接正確的是C
A．點“1”與點“2”連接       B．點“1”與點“3”連接
C．點“2”與點“3”連接       D．點“1”、點“2”與點“3”全部相連接
（2）故障排除：小明在正確完成電路連接后．閉合開關S，改變托盤中物體的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)．但始終不變，發(fā)生故障的原因可能是D
A．R₀斷路      B．R₁短路
C．電壓表短路    D．金屬滑片P處斷路
（3）刻度調(diào)試：①調(diào)零．在托盤中無物體時，使金屬滑片 P處于R_l最上端．此時電壓表的示數(shù)為零．②標度．每次向托盤中增加100g的砝碼，在電壓表指針所位置的刻度盤上標出相應的質(zhì)量值．當將1kg的物體放在托盤中．金屑滑片P剛好指在距R_l上端$\frac{1}{3}$處（如圖），請計算回答“1千克”應標在電壓表多少伏的位置上？（電阻R₀=5Ω，電阻R₁=15Ω，電源電壓U=3.0V，電壓表的量程為 0～3.0V）
（4）繼續(xù)改進：小明在標示電子秤刻度時，發(fā)現(xiàn)電子秤的刻度與電壓表的刻度有不同特點．請說出不同之處電壓表的刻度均勻、電子秤刻度不均勻．于是，他又開始了新的研究．

Answer 1

分析 該電子秤是利用滑動變阻器的變阻原理，通過電壓表的示數(shù)變化反應所測質(zhì)量大小，分析時注意滑動變阻器的連接和動態(tài)分析．

解答 解：（1）電路設計：要使電子秤能正常工作（質(zhì)量大小變化時，引起連入電阻變化、電壓表的示數(shù)變化），應將點“3”與點“2”連接；
（2）發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，但始終不變，說明原因有：電路某處開路或短路，即R₀短路或金屬滑片P處斷路時電壓表測電源的電壓示數(shù)不變，而R₀斷路、R₁短路、電壓表短路時電壓表均無示數(shù)，所以發(fā)生故障的原因可能有金屬滑片P處斷路；
（3）當將1kg的物體放在托盤中，金屬滑片P剛好指在距R₁上端$\frac{1}{3}$處時，連入電阻：
R=$\frac{1}{3}$×15Ω=5Ω，
電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+R}$=$\frac{3.0V}{5Ω+5Ω}$=0.3A，
R₁兩端的電壓：
U₁=IR=0.3A×5Ω=1.5V；
（4）由上題可知，R₁兩端的電壓U₁=$\frac{U{R}_{1}}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{3V×{R}_{1}}{5Ω+{R}_{1}}$，即與U₁與R₁的關系不是成正比的，反映在刻度上是不均勻的，所以電子稱刻度與電壓表刻度（電壓表的刻度是均勻的）不同的．
故答案為：
（1）C；
（2）D；
（3）“1千克”應標在電壓表1.5伏的位置上；
（4）電壓表的刻度均勻、電子秤刻度不均勻．

點評 本題是一道電學應用題，在設計圖中找出滑動變阻器、會連接，并會利用其變阻原理分析是本題關鍵．