Question

【題目】小平同學愛好鍛煉身體，在學校科技創新大賽中，他利用所學物理知識設計了一個電子拉力計（通過儀表讀數顯示拉力的大小），圖甲是原理圖，硬質彈簧右端和金屬滑片P固定在一起（彈簧的電阻不計，P與R1間的摩擦不計）。定值電阻R0是10，ab是一根長度為10cm的均勻電阻絲，阻值R1是20，電源電壓U是3V，電壓表的量程為0~3V。

(1)作用在拉環上拉力的大小可以通過電壓表示數的大小來反映，當作用在拉環上的力增大時，電壓表的示數將________（選填“增大”“減小”或“不變”）；

(2)當拉環不受拉力時，滑片P處于a端，閉合開關后電壓表的讀數為________V；

(3)已知該彈簧伸長的長度與所受的拉力F間的關系如圖乙所示，通過計算，說明開關S閉合后，當電壓表指針指在2V處，作用在拉環上水平向右的拉力為__________。

Answer 1

【答案】增大 1 375N

【解析】

(1)[1]分析電路圖可知，電阻R1和R0是串聯的，電壓表測的是R0兩端的電壓，當作用在拉環上的力增大時，滑片向右移動，R1的電阻變小，導致電路的總電阻變小，總電壓是電源電壓不變，根據公式可得電路中的電流變大，對于R0其阻值不變，電流變大，根據公式得，R0兩端的電壓變大，即電壓表示數變大。

(2)[2]當拉環在a端時，R1接入電路的電阻最大為20 ，此時電路中的電流為

R0兩端的電壓為

則電壓表示數為1V。

(3)[3]當電壓表示數為2V時，R0兩端的電壓為2V，此時電路中的電流為

此時，R1兩端的電壓為

此時R1接入電路的電阻為

所以，此時接入電路的長度為

此時彈簧的伸長量為

根據乙圖可知，彈簧的伸長量與彈簧所受的拉力成正比，根據圖當拉力為500N時彈簧伸長10cm，所以當彈簧伸長7.5cm時所受的拉力F為

即此時拉環上水平向右的拉力為375N。