Question

2．如圖甲是某同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)能夠測(cè)定油箱內(nèi)油面高度的裝置．油量表是由學(xué)生用電流表改裝而成，滑動(dòng)變阻器R的金屬滑片P是杠桿的一端．當(dāng)P在a端時(shí)電路中的電流為0.6A，表示油箱已滿；P在b端時(shí)電路中的電流為0.1A，表示油箱內(nèi)無油．

（1）在改裝表盤時(shí)，當(dāng)他選擇的滑動(dòng)變阻器最大阻值為50Ω時(shí)，他應(yīng)選擇的電源電壓值6V，R′的阻值10Ω 
（2）若油箱的容積為50L，請(qǐng)你按該同學(xué)的改裝，在電流表表盤圖乙上標(biāo)出油量表為0、40L、50L的刻度位置（滑動(dòng)變阻器接入的阻值隨浮標(biāo)升降均勻變化）；確定40L的位置電流表0.3A處．
（3）你認(rèn)為他在設(shè)計(jì)該裝置的電路時(shí)，在選擇器材的過程中應(yīng)考慮什么問題？電源電壓、R′與R的合理配置并說明理由①電源和R′時(shí)，電壓與R′的比值應(yīng)小于（或等于）電流表的量程．（或應(yīng)考慮當(dāng)P在a點(diǎn)時(shí)電流不超過電流表的量程）；
②為了提高油量表的靈敏度，應(yīng)選擇在電流表0～0.6A的量程標(biāo)注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，當(dāng)P在a端時(shí)，電路為R′的簡(jiǎn)單電路，根據(jù)歐姆定律表示出電源的電壓；P在b端時(shí)，R與R′串聯(lián)，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律表示出電源的電壓，利用電源的電壓不變得出等式即可求出R′的阻值，進(jìn)一步求出電源的電壓；
（2）根據(jù)“滑動(dòng)變阻器接入的阻值隨浮標(biāo)升降均勻變化”得出當(dāng)油量為40L時(shí)變阻器接入電路中的電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，即為40L的位置，然后作圖；
（3）為保護(hù)電流表，應(yīng)注意選擇電源和保護(hù)電阻R′；為提高油量表的靈敏度應(yīng)注意電流表量程的選擇．

解答 解：（1）當(dāng)P在a端時(shí)，電路為R′的簡(jiǎn)單電路，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電源的電壓：
U=I_aR′=0.6A×R′，
P在b端時(shí)，R與R′串聯(lián)，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電源的電壓：
U=I_b（R′+R）=0.1A×（R′+50Ω），
因電源的電壓不變，
所以，0.6A×R′=0.1A×（R′+50Ω），
解得：R′=10Ω，
電源的電壓U=I_aR′=0.6A×10Ω=6V；
（2）因滑動(dòng)變阻器接入的阻值隨浮標(biāo)升降均勻變化，
所以，當(dāng)油量為40L時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻R₁=$\frac{1}{5}$R=$\frac{1}{5}$×50Ω=10Ω，
此時(shí)電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+R′}$=$\frac{6V}{10Ω+10Ω}$=0.3A，
所以，當(dāng)油量為40L時(shí)，電路中的電流為0.3A，作圖如下圖所示：

（3）①為保護(hù)電流表，選擇電源和R′時(shí)，電壓與R′的比值應(yīng)小于（或等于）電流表的量程．（或應(yīng)考慮當(dāng)P在a點(diǎn)時(shí)電流不超過電流表的量程）；
②為了提高油量表的靈敏度，應(yīng)選擇在電流表0～0.6A的量程標(biāo)注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化，應(yīng)考慮電源電壓、R′與R的合理配置．
故答案為：
（1）6V；10Ω；
（2）如上圖所示；電流表0.3A處；
（3）電源電壓、R′與R的合理配置；
①電源和R′時(shí)，電壓與R′的比值應(yīng)小于（或等于）電流表的量程．（或應(yīng)考慮當(dāng)P在a點(diǎn)時(shí)電流不超過電流表的量程）；
②為了提高油量表的靈敏度，應(yīng)選擇在電流表0～0.6A的量程標(biāo)注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用，理解圖示的原理、能夠從題中抓住關(guān)鍵詞語是解答此類題目的關(guān)鍵．