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某同学利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,其原理如图所示:金属弹簧右端和滑动触...

某同学利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,其原理如图所示:金属弹簧右端和滑动触头P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1之间的摩擦不计).定值电阻R=30Ω;电阻R1是用均匀电阻丝密绕在瓷管上做成的(类似于滑动变阻器),其长度为10cm,阻值R1=300Ω,电源电动势E=3V,内阻不计.理想电流表的量程为0~100mA.当拉环不受拉力时,触头P刚好不与电阻R1接触(即电路断开).弹簧的劲度系数为10000N/m.
(1)电路中连入R的目的是______
(2)设计中需要将电流表上的电流数值改为拉力的数值,那么在原电流表的40mA处应改为______N.分析可知拉力计的刻度是否均匀______
(3)长时间使用后电源的电动势会下降,因此会造成测力计的读数偏______
(4)为了使拉力计的量程增大应采用的措施是(只填写一条)______

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(1)电路中连入R的目的是对电流表起保护作用,防止短路,烧坏电流表. (2)由图可知定值电阻R与可变电阻R1组成串联电路,电流表测电路中的电流;根据欧姆定律求出电路的总电阻,再根据电阻的串联特点求出变阻器接入电路电阻的大小,再根据题意求出弹簧的伸长的长度,根据图乙得出拉力的大小. (3)长时间使用后电源的电动势会下降,电流减小,会造成测力计的读数偏小. (4)根据拉力的表达式分析增大量程的措施. 【解析】 (1)电路中连入R的目的是对电流表起保护作用,防止当P移动到R1的最右端时电流表被烧坏; (2)当I=4mA=0.04A时 电路中的总电阻R===75Ω, 电阻丝接入电路的电阻R1′=R-R=75Ω-30Ω=45Ω 因 即=, 解得x=1.5cm, 所以弹簧伸长的长度△x=L1-x=10cm-1.5cm=8.5cm=8.5×10-2m, 则弹簧弹力的大小为 F=k△x=10000×8.5×10-2=850N 由上得 F=k[L-(-R)] 可知,F与I是非线性关系,电流表的刻度是均匀的,故拉力计的刻度是不均匀. (3)长时间使用后电源的电动势会下降,相同电阻时,电路中电流减小,指针的偏转角度减小,会造成测力计的读数偏小. (4)由F的表达式F=k[L-(-R)]知,为了使拉力计的量程增大,可更换劲度系数更大的弹簧或增加电阻R1匝数(或长度). 故答案为: (1)电路中连入R的目的是对电流表起保护作用,防止当P移动到R1的最右端时电流表被烧坏; (2)850,否或不均匀;     (3)小 (4)更换劲度系数更大的弹簧或增加电阻R1匝数(或长度).
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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