Question

如圖所示是一種自動測定油箱內(nèi)油量的裝置．R是滑動變阻器，它的滑片在杠桿的-端，油量表（油量顯示器）實際上是一個電流表（是由電流表改裝而成）．

（1）試說明電路中R′的作用．
（2）該裝置用到了哪些物理知識．（至少說出三種）
（3）已知油量表（電流表）的量程為0.6A，表盤如圖（b）所示，電源電壓為12V，設(shè)計時規(guī)定，通過油量表的最小電流為0.1A．按照這一規(guī)定，保護電阻R^′的阻值和滑動變阻器R的最大值應(yīng)該分別是多大？
（4）若油量表的最大示數(shù)設(shè)計為120L，最小示數(shù)設(shè)計為20L，請在圖（b）的刻度盤上標出這兩個對應(yīng)的油量示數(shù)．

Answer 1

分析：（1）如果沒有定值電阻的話，則當(dāng)油箱中的油越來越多的時候，滑動變阻器的阻值就會越來越小，此時電路中的電流就會越來越大，可能會燒壞油量表；
（2）從油面位置的變化入手，結(jié)合杠桿、浮力、歐姆定律等內(nèi)容來分析電路中涉及的相關(guān)知識；
（3）當(dāng)電路中電流最大時，滑動變阻器接入電路中的電阻為零，然后根據(jù)電源電壓、歐姆定律的變形公式即可求出保護電阻的阻值；
當(dāng)電路中的電流最小時，此時滑動變阻器連入電路中的電阻最大，根據(jù)歐姆定律的公式變形R=

U

I

計算出電路中的總電阻，根據(jù)串聯(lián)電路電阻特點進一步計算滑動變阻器的最大阻值．
（4）因為油量越少，滑動變阻器接入電路的電阻越大，電路中的電流越小；反之，電流越大；因此電路中的最大電流對應(yīng)最多油量，最小電流對應(yīng)最少油量．

解答：解：（1）如果油箱中的油越來越多，則滑動變阻器的阻值就會越來越小，此時電路中的電流就會越來越大，為了防止由于電流過大而燒壞油量表（電流表），應(yīng)該給電路中串聯(lián)一個定值電阻，所有R′起保護電路的作用；
（2）浮標始終處于漂浮狀態(tài)，根據(jù)圖示的裝置可知與浮標相連的是一繞著固定點轉(zhuǎn)動的橫桿，故為一杠桿；浮標的上下移動改變了滑動變阻器接入電路中的電阻，從而使電路中的電流發(fā)生變化．因此應(yīng)用到的知識有杠桿、浮力、電流隨電阻的變化而變化，滑動變阻器的作用等；
（3）當(dāng)油面最高時，滑動變阻器接入電路的阻值為零，電路中只有定值電阻R′，并且此時電路中的電流最大，即0.6A，因此定值電阻：R′=

U

I最大

=

12V

0.6A

=20Ω；
當(dāng)油面最低時，滑動變阻器接入電路的阻值最大，滑動變阻器與定值電阻R′串聯(lián)，并且此時電路中的電流最小，即0.1A，則電路中的總電阻：R_總=

U

I最小

=

12V

0.1A

=120Ω，
因此滑動變阻器的最大阻值：R=R_總-R′=

U

I最小

-R′=

12V

0.1A

-20Ω=100Ω．
（4）從圖中可以看出，當(dāng)油量最少時，滑動變阻器接入電路的阻值為最大，此時電路中電流小，因此20L對應(yīng)的示數(shù)為0.1A；
當(dāng)油量最多時，滑動變阻器接入電路的阻值為零，此時電路中電流大，因此120L對應(yīng)的示數(shù)為0.6A．
答：（1）起保護電路的作用；
（2）杠桿、浮力、電流隨電阻的變化而變化，滑動變阻器的作用；
（3）保護電阻R′的阻值為20Ω；滑動變阻器R的最大值為100Ω；
（4）20L對應(yīng)的示數(shù)為0.1A；120L對應(yīng)的示數(shù)為0.6A．

點評：本題考查了定值電阻的作用、歐姆定律的應(yīng)用以及電流值與油量的關(guān)系，本題關(guān)鍵點：一是掌握滑動變阻器的正確使用方法，二是靈活應(yīng)用歐姆定律進行計算．