Question

【題目】如圖所示是某同學利用所學物理知識設計的電子稱的示意圖，托盤、彈簧上端和金屬滑片P固定在一起，定值電阻R0=5Ω，ab是一根長為5cm的均勻電阻絲，電阻R=10Ω，電源電壓U=3V，電流表量程為0~0.6A，（彈簧的電阻不計，P與R間摩擦不計）求：

（1）在托盤中無物體時，使金屬滑片P處于R最上端，閉合開關后，電流表的讀數.

（2）當在水平面使用，托盤中放入一物體時，金屬滑片P處于ab間某一位置，開關S閉合后，電流表指針指在0.3A處時， ab實際接入電路的電阻R1.

（3）若該彈簧被壓縮的長度△L與所受壓力F的關系如下表所示，上一問中放入托盤的物體的質量m. （g取10N/kg）

Answer 1

【答案】（1）0.2A (2) 5Ω (3) 2.5kg

【解析】（1）當P處于R最上端時，U=3V，R和R0串聯，
方法一：R總=R+R0=10Ω+5Ω=15Ω， ；
方法二：由串聯電路的電壓關系和歐姆定律可得知U=UR+UR0=IR+IR0=I（R+R0），
則有；
（2）方法一：托盤中放入一物體時，I′=0.3A，
R0兩端的電壓：UR0′=I′R0=0.3A×5Ω=1.5V，
R1兩端的電壓U1=U-UR0′=3V-1.5V=1.5V， ；
方法二： ，
R1=R總-R0=10Ω-5Ω=5Ω；
（3）因為ab是一根長為5cm的均勻電阻絲，R最大阻值為10Ω，所以當R1=5Ω時，滑片P所處位置接入電路的電阻絲長度為L1=2.5cm，彈簧被壓縮的長度△L=L-L1=5-2.5cm=2.5cm．查表可知：△L=2.5cm時，彈簧所受壓力F=25N；
根據力的作用是相互的，彈簧對物體的支持力F支=F=25N；
依二力平衡條件有G=F支=25N；
根據G=mg可得： ．
答：（1）金屬滑片P處于R最上端，閉合開關后，電流表的讀數為0.2A；
（2）金屬滑片P處于ab間某一位置，開關S閉合后，電流表指針指在0.3A處時，ab實際接入電路的電阻R1為5Ω；
（3）放入托盤的物體的質量m為2.5kg．