中考体考临近,尚依钟同学设计了一个电子拉力器,量化拉力大小以测量同学们的臂力,其原理图如图甲.放在水平地面上的物体A通过弹簧与拉环相连.弹簧上端和金属滑片P固定在一起(拉环重力、弹簧重力电阻都不计,P与R2接触良好且不计摩擦).已知物体A的质量为100kg,定值电阻R1 = 8Ω,R2是一根长为6cm的均匀电阻线,其最大阻值为12Ω,电源电压为6V.当不拉拉环时,金属滑片P刚好处于a端.已知该弹簧伸长量△L与所受拉力F间的关系如图乙,
求:
(1)要求拉力越大电表示数越大,则拉力器的表盘应选择用哪个电表改装?零刻度标记在的表盘的哪个刻度处?
(2)闭合开关S,当电流表示数为0.4A时,拉力大小为多少?
(3)若电流表的量程为0~0.6A,电压表量程为0~3V,在保证电路安全的条件下,物块A对地面的压力范围是多少?
应用电流表进行改装;零刻度标在0.3A处; 拉力大小为250N 物体A对地面的压力范围是500N~800N
【详解】
(1)分析可知,当拉拉环时,滑动变阻器阻值变小,电压表示数变小,电流表示数变大,若要求拉力越大电表示数越大,则应该改装的电表是电流表.当不拉拉环时,滑动变阻器接入电路中的阻值最大,R1和R2串联,可得电流表的示数.
所以零刻度标记的位置是0.3A处.
(2)闭合开关,当电路中的电流为0.4A时,根据欧姆定律可得电路中的电阻,则R2接入的电阻为15Ω-8Ω=7Ω.
因R2是一根长为6cm的均匀电阻线,其最大阻值为12Ω,所以1cm电阻线对应2Ω,即2Ω/cm;接入电路中的电阻与其长度成正比,所以,此时弹簧的伸长量:
△l=l﹣×7Ω﹣=6cm﹣3.5cm=2.5cm;
由图乙知,弹簧每受到100N的拉力伸长量为1cm,故现在伸长2.5cm,受到的拉力为:
F=2.5×100N=250N;
(3)要保证电路的安全,则电路中最大电流不能超过0.6A,当电流为0.6A时,电路总电阻最小,,所以为了保证干路电流不超出0.6A,R2接入该电路的的阻值至少10Ω-8Ω=2Ω;
电压表量程是0~3V,所以R2两端电压不能超过3V,因为电源电压为6V,根据串联分压原理当滑动变阻器接入阻值与定值电阻R1相等时其两端电压刚好为3V,此时R2阻值为8Ω,即为了保证电路安全接入电路的最大阻值不超过8Ω;
综上所述,R2接入电路中的阻值范围是2Ω~8Ω,根据电阻阻值与长度的关系可知, 对应的长度为5cm-2cm,根据图像可知拉力的范围是500N-200N;物体受到重力G,地面的支持力FN和拉环拉力F,由平衡力可得G=FN+F,物体A对地面的拉力与地面对它的支持力是相互作用力,所以FN的变化范围即是A对地面的压力范围:FN=G-F,G=mAg=100kg×10N/kg=1000N;
当F=500N时,FN=500N;当F=200N时,FN=800N;所以物体A对地面的压力范围是500N-800N;
一辆重为1.5×104N的”东风日产”摸品牌小汽车,当它以60Km/h的速度在水平路面上匀速行驶时受到的牵引力为2000N,那么汽车受到的阻力为 N;当它停在水平路面上时,它受到的支持力为 N.