Question

4．如圖表示一種自動測定油箱內(nèi)油面高度的油量表（實際上是量程為0-0.6A的電流表改裝而成），滑動變阻器R的最大值為60Ω，金屬杠桿的右端是滑動變阻器的滑片．從油量表指針所指的刻度，就可以知道油箱內(nèi)油面的高度．電源電壓為24V，R₀為定值電阻．

（1）R₀的主要作用保護電路．
（2）油箱裝滿汽油時，油量表示數(shù)為最大值（即電流表達到最大值，此時，滑動變阻器的觸頭在某一端），求R₀的阻值．
（3）當油箱中的汽油用完時（此時滑動變阻器的觸頭在某一端），電路中的電流為多少？（要求有計算過程）
（4）改裝設計：用電壓表代替電流表做油量表，圖中的乙圖已畫出部分電路，請在乙圖中完成電路的設計． 要求：當油箱中的油用完時，油量表（電壓表）的示數(shù)為零．

Answer 1

分析 （1）如果沒有定值電阻的話，則當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，可能會燒壞電流表；
（2）油箱裝滿汽油時，油量表（電流表）示數(shù)為最大值0.6A，此時，滑動變阻器的觸頭在電阻最小值一端，R₀兩端的電壓等于電源電壓，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$求出電阻值；
（3）當油箱中的汽油用完時（此時滑動變阻器的觸頭在電阻最大值一端），根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點求出總電阻，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$求出電流；
（4）用電壓表代替電流表做油量表，當油箱中的油用完時，滑片移到變阻器的最上端，滑動變阻器連入電路的電阻應該為零，此時電壓表與滑動變阻器R并聯(lián)，油量表（電壓表）的示數(shù)才可能為零．

解答 解：（1）由電路圖可知，電路中如果沒有定值電阻R₀，則當滑動變阻器滑片P滑到下端時，電路會短路，會損壞油量表與電源，由此可見，定值電阻R₀的作用是：保護電路，避免短路；
（2）油箱裝滿汽油時，油量表（電流表）示數(shù)為最大值I=0.6A，此時，滑動變阻器的觸頭在電阻最小值一端，R₀兩端的電壓等于電源電壓U=24V，
由I=$\frac{U}{R}$可得：
R₀的阻值R₀=$\frac{U}{I}$=$\frac{24V}{0.6A}$=40Ω；
（3）當油箱中的汽油用完時（此時滑動變阻器的觸頭在電阻最大值一端），此時滑動變阻器和電阻R₀串聯(lián)，總電阻R_總=R₀+R=40Ω+60Ω=100Ω，
電路中的電流：I′=$\frac{U}{{R}_{總}}$=$\frac{24V}{100Ω}$=0.24A；
（4）當油面下降時，滑片P向上運動，滑動變阻器接入電路的阻值減小，根據(jù)歐姆定律可知，電流將增大．
根據(jù)公式U=IR，可以確定定值電阻R₀兩端的電壓隨著電流的增大而增大．電源電壓不變，由于定值電阻兩端電壓的增大，則滑動變阻器兩端的電壓減�。�所以要將電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，才能出現(xiàn)當油面下降時，電壓表的示數(shù)也減小的情況，且油箱中的油用完時，油量表（電壓表）的示數(shù)為零．電路圖如下：

故答案為：（1）保護電路；
（2）R₀的阻值為40Ω；
（3）電路中的電流為0.24A；
（4）電路圖如上圖．

點評 本題考查了定值電阻的作用、歐姆定律的應用、油量表的改裝等問題，認真審題，充分理解題意、分析清楚電路結構、熟練應用串聯(lián)電路特點及歐姆定律即可解題．