Question

12．如圖所示是一種自動測定油箱內油量的裝置．R是滑動變阻器，它的滑片在杠桿的一端，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．（至少說出兩種）
（3）已知油量表（電流表）的量程為0.6A，表盤如圖2所示，電源電壓為12V，設計時規(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的最大值應該分別是多大？

Answer 1

分析 （1）如果沒有電阻R′，當滑動變阻器接入電路的阻值為零時，電源將短路，會損壞油量表（電流表）與電源；若電路中接入R′后，滑動變阻器接入電路的阻值為零時，電源不會短路，據此分析判斷R′的作用．
（2）從油面位置的變化入手，結合杠桿、浮力、歐姆定律等內容來分析電路中涉及的相關知識；
（3）由電路圖可知，滑動變阻器與保護電阻串聯；當滑動變阻器接入電路的阻值為零時，電路電流最大；當滑動變阻器阻值全部接入電路時，電路電流最小；由串聯電路特點結合歐姆定律可求出保護電阻與滑動變阻器的最大阻值．

解答 解：（1）由圖甲的電路圖可知，如果沒有電阻R′，當滑動變阻器接入電路的阻值為零時，電源將短路，會損壞油量表（電流表）與電源；若電路中接入R′后，滑動變阻器接入電路的阻值為零時，電源不會短路，所以電路中R′的作用是限制電路中的電流過大，保護電路；
（2）浮標始終處于漂浮狀態(tài)；根據圖甲裝置可知與浮標相連的是一繞著固定點轉動的橫桿，故橫桿為一杠桿；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．所以用到的知識有：杠桿平衡條件、漂浮條件、電流隨電阻的變化而變化、滑動變阻器的作用等；
（3）由電路圖可知，當滑動變阻器接入電路中的阻值為零時，只有電阻R′接入電路，此時電路中的電流最大，最大電流為0.6A；
根據歐姆定律可得，保護電阻R′的阻值：R′=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{12V}{0.6A}$=20Ω；
當滑動變阻器接入電路的阻值最大時，滑動變阻器的最大阻值與保護電阻R′串聯，此時電路中的電流最小，最小電流為0.1A；
此時電路中的總電阻：R_總=$\frac{U}{{I}_{最小}}$=$\frac{12V}{0.1A}$=120Ω，
所以滑動變阻器的最大阻值：R=R_總-R′=120Ω-20Ω=100Ω．
答：（1）電路中R′的作用是限制電路中的電流過大，保護電路；
（2）該裝置用到的物理知識：杠桿平衡條件、漂浮條件、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；

點評 本題主要考查了串聯電路的特點、歐姆定律的應用，認真審題、充分理解題意、正確分析電路的結構、熟練應用串聯電路的特點和歐姆定律即可解題．