Question

如圖是某同學設計的一個能夠測定油箱內(nèi)油面高度的裝置，油量表是由學生用電流表改裝而成的，滑動變阻器R的金屬滑片P是杠桿的一端，當P在a端時電路中的電流為0.6A，表示油箱已滿；當P在b端時電路中的電流為0.1 A，表示油箱內(nèi)無油．
（1）在改裝表盤時，當他選擇的滑動變阻器R的最大阻值為50Ω時，他應選擇的電源電壓值和R′的阻值是多少？
（2）若油箱的容積為50L，請你按該同學的改裝，在電流表盤圖上標出油量值為0、40L、50L的刻度位置（滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化；確定40L的位置時要求有運算過程）．

（3）你認為他在設計該裝置的電路時，在選擇器材的過程中應考慮什么問題？并說明理由．

Answer 1

【答案】分析：解答此題應理清該裝置的原理圖；油量的多少可帶動杠桿右端滑片的升降，當滑片移動時，滑動變阻器改變了連入電路中的電阻，從而改變了電路中的電流，并通過電流表的示數(shù)表現(xiàn)出來；
在計算油量的多少和電流表的示數(shù)時，應明確以下幾點：
①滑動變阻器接入電路的阻值隨浮標升降均勻變化，因此剩余油量的體積可轉(zhuǎn)化為滑動變阻器的阻值；
②通過0L、40L、50L三種情況下滑阻的不同阻值，通過歐姆定律表達出電源電壓，通過聯(lián)立方程組來判斷它們之間的關(guān)系，從而得到油量的體積和電流表示數(shù)的對應關(guān)系；
③在標注示數(shù)時，電流表的量程和分度值都要考慮到．
解答：解：（1）裝滿油時，U=I_aR′=0.6A×R′…①
無油時，U=I_b（R′+R）=0.1A×（R′+R）…②
將R=50Ω代入②，得：U=0.1A×（R′+50Ω）…③
聯(lián)立①③，解之，得：U=6V，R′=10Ω；
答：他應選6V的電源和阻值是10Ω的電阻R′．
（2）由“滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化”可判斷，當油量為40L時，滑動變阻器接入電路的電阻為R；
那么此時的電源電壓 U=I（R′+R）；
由①②得：0.6R′=0.1R′+0.1R，即R=5R′，代入上式得：
U=I（R′+×5R′）=2IR′…④
聯(lián)立①④得：0.6A×R′=2IR′，即 I=0.3A；
所以當油量為40L時，電路中的電流為0.3A．作圖如下：

（3）①為保護電流表，選擇電源和R′時，電壓與R′的比值應小于（或等于）電流表的量程．（或應考慮當P在a點時電流不超過電流表的量程）；
②為了提高油量表的靈敏度，應選擇在電流表0～0.6A的量程標注刻度；為了確保使油量在電流表0.1A～0.6A的范圍內(nèi)變化，應考慮電源電壓、R′與R的合理配置．
點評：此題通過一幅油箱改裝圖，考查到了歐姆定律、電流表的使用和讀數(shù)等電學綜合知識．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．