中考體考臨近，尚依鍾同學設計了一個電子拉力器，量化拉力大小以測量同學們的臂力，其原理圖如圖*．放在水平地面上的...

來源：國語幫 2.59W

問題詳情：

中考體考臨近，尚依鍾同學設計了一個電子拉力器，量化拉力大小以測量同學們的臂力，其原理圖如圖*．放在水平地面上的物體A通過*簧與拉環相連．*簧上端和金屬滑片P固定在一起（拉環重力、*簧重力電阻都不計，P與R2接觸良好且不計摩擦）．已知物體A的質量為100kg，定值電阻R1 = 8Ω，R2是一根長為6cm的均勻電阻線，其最大阻值為12Ω，電源電壓為6V．當不拉拉環時，金屬滑片P剛好處於a端．已知該*簧伸長量△L與所受拉力F間的關係如圖乙，

求：

（1）要求拉力越大電錶示數越大，則拉力器的錶盤應選擇用哪個電錶改裝？零刻度標記在的錶盤的哪個刻度處？

（2）閉合開關S，當電流表示數為0.4A時，拉力大小為多少？

（3）若電流表的量程為0~0.6A，電壓表量程為0~3V，在保*電路安全的條件下，物塊A對地面的壓力範圍是多少？

【回答】

應用電流表進行改裝；零刻度標在0.3A處；拉力大小為250N 物體A對地面的壓力範圍是500N~800N

【詳解】

（1）分析可知，當拉拉環時，滑動變阻器阻值變小，電壓表示數變小，電流表示數變大，若要求拉力越大電錶示數越大，則應該改裝的電錶是電流表．當不拉拉環時，滑動變阻器接入電路中的阻值最大，R1和R2串聯，可得電流表的示數．

所以零刻度標記的位置是0.3A處．

（2）閉合開關，當電路中的電流為0.4A時，根據歐姆定律可得電路中的電阻，則R2接入的電阻為15Ω-8Ω=7Ω．

因R2是一根長為6cm的均勻電阻線，其最大阻值為12Ω，所以1cm電阻線對應2Ω，即2Ω/cm；接入電路中的電阻與其長度成正比，所以，此時*簧的伸長量：

△l＝l﹣×7Ω﹣＝6cm﹣3.5cm＝2.5cm；

由圖乙知，*簧每受到100N的拉力伸長量為1cm，故現在伸長2.5cm，受到的拉力為：

F＝2.5×100N＝250N；

（3）要保*電路的安全，則電路中最大電流不能超過0.6A，當電流為0.6A時，電路總電阻最小，，所以為了保*幹路電流不超出0.6A，R2接入該電路的的阻值至少10Ω-8Ω=2Ω；

電壓表量程是0~3V，所以R2兩端電壓不能超過3V，因為電源電壓為6V，根據串聯分壓原理當滑動變阻器接入阻值與定值電阻R1相等時其兩端電壓剛好為3V，此時R2阻值為8Ω，即為了保*電路安全接入電路的最大阻值不超過8Ω；

綜上所述，R2接入電路中的阻值範圍是2Ω~8Ω，根據電阻阻值與長度的關係可知，對應的長度為5cm-2cm，根據圖像可知拉力的範圍是500N-200N；物體受到重力G，地面的支持力FN和拉環拉力F，由平衡力可得G=FN+F，物體A對地面的拉力與地面對它的支持力是相互作用力，所以FN的變化範圍即是A對地面的壓力範圍：FN=G-F，G=mAg=100kg×10N/kg=1000N；