25. 如图所示是小明自制电子秤的原理示意图,轻弹簧(用金属材料制成)的上端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计)。
(1) 电路设计: 要使电子秤能正常工作,下列电路连接的方法中正确的是(
C
)。
A. 点“1”与点“2”连接
B. 点“1”与点“3”连接
C. 点“2”与点“3”连接

(2) 故障排除: 小明在正确完成电路连接后闭合开关S,改变托盘中物体的质量,发现电压表有示数且始终不变。发生故障的原因可能是(
D
)。
A. $R_0$断路
B. $R_1$短路
C. 电压表短路
D. 金属滑片P处断路
(3) 刻度调试: ① 调零。闭合开关S,在托盘中无物体时,使金属滑片P处于$R_1$最上端,此时电压表的示数为零。② 标度。每次向托盘中增加100 g砝码,在电压表指针所指位置的刻度盘上标出相应的质量值。当将1 kg的物体放在托盘中时,金属滑片P刚好指在距$R_1$上端$\frac{1}{3}$处(如图所示)。
请计算并回答:“1 kg”应标在电压表多少伏的位置上?(已知电阻$R_0=5\ \Omega$,滑动变阻器的最大阻值$R_1=15\ \Omega$,电源电压$U=3.0\ \mathrm{V}$,电压表的量程为0~3.0 V)
(4) 继续改进: 小明在标示电子秤刻度时,发现电子秤的刻度与电压表的刻度有不同特点。请说出不同之处:
例如,电子秤的刻度是不均匀的
(只要求写出一条)。
解析:
【分析】
要解决这道题,需先明确电路的工作原理:滑动变阻器接入电路的是上端到滑片的部分,随托盘中物体质量变化,滑片移动改变接入电阻,从而改变电压表示数。(1)题需选择正确的电路连接使滑动变阻器正常工作;(2)题根据故障现象分析电路故障;(3)题利用串联电路规律和欧姆定律计算电压;(4)题分析电压与质量的关系得出刻度特点。
【解析】
(1)要使电子秤正常工作,滑动变阻器的上端到滑片部分需接入电路,电流路径为:电源→开关S→R₁上端→R₁→滑片P→弹簧→点2→点3→R₀→电源负极,因此需将点“2”与点“3”连接,故选C。
(2)故障分析:A. R₀断路时,电路无电流,电压表无示数,错误;B. R₁短路时,电压表示数为0,错误;C. 电压表短路时,示数为0,错误;D. 金属滑片P处断路,电压表串联在电路中,因电压表内阻极大,示数接近电源电压且保持不变,正确,故选D。
(3)当1kg物体放在托盘中时,滑片距R₁上端$\frac{1}{3}$处,滑动变阻器接入电阻$R_{接入}=\frac{1}{3}R₁=\frac{1}{3}×15Ω=5Ω$,电路总电阻$R_{总}=R₀+R_{接入}=5Ω+5Ω=10Ω$,电路电流$I=\frac{U}{R_{总}}=\frac{3.0V}{10Ω}=0.3A$,电压表示数$U_V=I×R_{接入}=0.3A×5Ω=1.5V$。
(4)电子秤的刻度不均匀,因为电压表示数$U_V=\frac{R_{接入}}{R₀+R_{接入}}U$,$R_{接入}$与物体质量成正比,但$U_V$与$R_{接入}$不是线性关系,因此刻度不均匀。
【答案】
(1)C;(2)D;(3)1.5 V;(4)电子秤的刻度是不均匀的
【知识点】
串联电路规律、欧姆定律应用、滑动变阻器使用
【点评】
本题结合电子秤原理考查电路分析、故障判断及欧姆定律计算,需理清滑动变阻器的接入方式,注意故障分析时电压表的特性,计算时明确接入电阻,整体难度适中。
【难度系数】
0.5