Question

20．某同學欲設計一個電路，自制一臺電子秤，通過查閱資料發(fā)現(xiàn)電子秤的主要部件為一個壓敏電阻，沒有壓力時阻值為20Ω，允許通過的最大電流為0.5A，現(xiàn)有下列器材：壓敏電阻、質量為m₀的砝碼、電流表、滑動變阻器、干電池各一個、開關及導線若干、待測物體（可置于壓敏電阻的受壓面上）．請完成對該物體質量的測量．
A．直流電源：電動勢約4.5V，內阻很小   B．電流表A₁：量程0～0.6A，內阻0.125Ω；
C．電流表A₂：量程0～3.0A，內阻0.025Ω；   D．滑動變阻器R₁：最大阻值10Ω；
E．滑動變阻器R₂：最大阻值50Ω；            F．開關、導線等．

（1）在可供選擇的器材中，應該選用的電流表是${A}_{1}^{\;}$，應該選用的滑動變阻器是${R}_{1}^{\;}$．
（2）根據(jù)所選器材設計一個電路，用來描繪壓敏電阻的電流隨壓力變化的關系圖象，要求壓敏電阻兩端電壓調節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完成的測量電路，并根據(jù)設計的電路圖連接實物圖；
（3）請說明具體的測量步驟．

Answer 1

分析 本題（1）應根據(jù)通過電子秤的最大電流來選擇電流表量程，通過估算電路中需要的最大電阻來選擇變阻器；題（2）應根據(jù)實驗要求電壓調節(jié)范圍盡可能大可知變阻器應采用分壓式接法；題（3）的關鍵是明確變阻器的輸出電壓不變，然后讀出不同質量時對應的電流，然后畫出質量與電流的圖象即可求解．

解答 解：（1）根據(jù)通過電子秤的最大電流為0.5A可知，電流表應選擇${A}_{1}^{\;}$；
根據(jù)閉合電路歐姆定律可求出電路中需要的最大電阻應為：${R}_{max}^{\;}$=$\frac{E}{{\frac{1}{3}I}_{A}^{\;}}$=$\frac{4.5}{\frac{1}{3}×0.6}Ω$=22.5Ω，所以變阻器應選擇${R}_{1}^{\;}$；
（2）由于實驗要求壓敏電阻兩端電壓調節(jié)范圍盡可能大，所以變阻器應采用分壓式接法，又壓敏電阻應與電流表串聯(lián)，電路圖及實物連線圖如圖所示：

（3）根據(jù)題意，變阻器的輸出電壓保持不變，測量步驟應為：
①調節(jié)滑動變阻器，使通過壓敏電阻的電流為某一數(shù)值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不動，在壓敏電阻上方放一砝碼，讀出此時電流表的示數(shù)；
③不斷增加砝碼個數(shù)，分別讀出電流表對應的電流值；
④建立m-I坐標系，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進行描點，用平滑的曲線連接，讓盡可能多的點落在這條曲線上；
⑤根據(jù)物體放在壓敏電阻上所對應的電流值，對應圖象讀出該物體的質量．
故答案為：（1）${A}_{1}^{\;}$，${R}_{1}^{\;}$；（2）如圖；（3）①調節(jié)滑動變阻器，使通過壓敏電阻的電流為某一數(shù)值${I}_{0}^{\;}$；
②保持滑片位置不動，在壓敏電阻上方放一砝碼，讀出此時電流表的示數(shù)；
③不斷增加砝碼個數(shù)，分別讀出電流表對應的電流值；
④建立m-I坐標系，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)進行描點，用平滑的曲線連接，讓盡可能多的點落在這條曲線上；
⑤根據(jù)物體放在壓敏電阻上所對應的電流值，對應圖象讀出該物體的質量．

點評 應明確：①選擇電流表時，通過電流表的最小電流應在量程的$\frac{1}{3}$以上；②應根據(jù)電路中需要的最大電阻來選擇變阻器；③變阻器采用分壓式接法時，若變阻器的全電阻遠小于待測電阻，則滑片不變時，變阻器的輸出電壓基本不變．