初中物理滑动变阻器的使用综合题

如图甲所示，电阻 $R_1=30\Omega$，滑动变阻器 $R_2$的最大阻值为 $60\Omega$，电源两端电压为 $6V$。

（1）电路连接中， $S$应处于断开状态， $R_2$的滑动触头 $P$应滑至　      　（选填“最左端”或“最右端”或“任意位置”）；

（2）计算通过电路中电流的变化范围；

（3）通过计算推导电阻 $R_2$电功率与电流的正确函数关系式，并在图乙中画出电阻 $R$电功率与电流变化的函数图象（自己按需求填写最小分度值，并标出特殊点的数值）。

学习了电学知识后，小明、小亮和小慧所在的兴趣小组发现：电学量的变化往往能够用来反映力学、热学、光学等物理量的变化。在老师的点拨下，他们在探究过程中不断完善和优化方案，共同设计了一种用电学量的变化来反映力学量——距离变化的装置。
如图所示是他们最初设计的装置原理图。图中R₀是定值电阻，ab是沿竖直方向固定放置的金属杆，其总电阻为9Ω，长60cm，粗细均匀，电阻随长度均匀变化。M是上下均有挂环、可沿竖直导轨上下移动的小物块，M上连有一根左端有滑片P、电阻不计的水平金属细杆，细杆、导线及P与ab均接触良好，P在ab的中点时，对应于肘既不上移也不下移的位置。
除金属杆ab、小物块M、金属细杆和导轨外，他们还准备了以下器材：

A.电源（提供4 V的稳定电压）
B.电流表A（量程0—0.6 A）
C.电压表V_１（量程0～3 V）
D.电压表V₂（量程0～15V）
E.定值电阻R₀（1Ω、3Ω、5Ω和6Ω的电阻各一个）
F.开关S一个，导线（足够长）若干
（1）认真研究该原理图后，小慧认为图中只需一个电表即可，于是她将电流表去掉，则电流表所在处应该_____________ （填“让其断路”或“用一根导线替代”）。
（2）小明和小亮认为：该装置应该尽量大地反映M移动的距离范围，同时还希望电压表上的每根刻度线都能够表示出肘移动的距离值。要达到此目的，电压表应该选_______ （填器材序号字母）；定值电阻R₀应该选阻值为_______Ω的。
（3）在他们改进并初步完善的设计方案中，P在ab的中点，M既不上移也不下移时，电压表的示数是______________。

图1所示为一种自动蓄水装置示意图：轻质弹簧上端固定，下端与木块相连，轻质滑片P的右端固定在弹簧最下端，左端位于粗细均匀的金属电阻R₂的最下端A处且接触良好，闭合S，水泵工作，向空水箱里缓慢注水，当P上滑至B处（R₂的中点）时，水面到达设定高度，水泵自动停止注水，在此过程中，弹簧弹力F与滑片P上滑长度x之间的关系如图2所示，

已知：电阻箱R₁接人电路中的阻值为20Ω，R₂的总电阻为20Ω，长度为l；当线圈中电流I≥0.lA时，衔铁被吸下g= l0N/kg，弹簧始终处于弹性限度范围内，不考虑线圈的电阻和滑片P滑动时的摩擦。
（1)求电源电压U； （2)求木块所受的重力； （3)当P滑至B处时，求木块浸入水中的体积； （4)若将R₁调至l0Ω，则水箱内最高水位与原设定水位的高度差△h   0.5l（选填“>”、“<”或“=”)，你判断的理由是：   ．

为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，图甲是原理图。硬质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R₁间的摩擦不计)。定值电阻R₀=5Ω，A.b是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R_ab=25Ω，电源电压U=3V，电流表的量程为 O～0.6A, 当不拉拉环时，金属滑片P刚好处于a端。已知该弹簧伸长的长度ΔL与所受拉力F间的关系如图乙所示。

(1)小明在电路中连入电阻R_O的目的是___________________        _。
(2)小明将电流表的表盘改为拉力计的表盘,当不拉拉环时, 拉力计表盘上的零刻度应标在电流表表盘的___________A刻度处。
(3)通过计算说明, 当电流表的示数为0.6A时，拉力应为多少N?

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力传感器在电子秤中的应用
电子秤所使用的测力装置是力传感器，常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，
其结构示意图如图甲所示，弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片，若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩，力越大，弹簧钢的弯曲程度越大．
应变片结构如图乙所示，其中金属电阻丝的阻值对长度变化很敏感，给上、下金属电阻丝提供相等且大小不变的电流，上应变片两引线间电压为U₁，下应变片两引线间电压为U₂，传感器把这两个电压的差值U(U＝U₁－U₂)输出，用来反映力F的大小．
金属电阻丝的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图丙所示．为消除气温变化对测量精度的影响，需分别在上、下应变片金属电阻丝与引线之间串联一只合适的电阻，进行温度补偿，串联合适的电阻后，使测量结果不再受温度影响．
(1)这种力传感器是将力的大小转换为   （电流／电压）的装置．
(2)外力F增大时，下列说法正确的是   ．

A．上、下应变片金属电阻丝电阻都增大

B．上、下应变片金属电阻丝电阻都减小

C．上应变片金属电阻丝电阻减小，下应变片金属电阻丝电阻增大

D．上应变片金属电阻丝电阻增大，下应变片金属电阻丝电阻减小

(3)传感器输出的电压U随外力F增大而   
(4)进行温度补偿时，应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而   的电阻，下金属电阻丝串联阻值随温度升高而   的电阻．
(5)如果未进行温度补偿，自由端受到相同的力F作用，该传感器下应变片两端的电压U₂冬天比夏天   （大／小）．

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热电偶
把两种不同材料的导线(如铁线和铜线)组成如图所示的闭合回路，当AB 两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶电路，实验表明：热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关；跟接点A和B 间的温度差有关，温度差越大，回路电流越大。

（1）其它条件不变，只将铁丝换成铜丝，电路电流    (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”)。
（2）其它条件不变，只将A 处杯中的冰水混合物换为沸水，电路电流    (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”)。
（3）其它条件不变，移去酒精灯，将B 放人另一杯冰水混合物中，稳定后，电路电流    (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”)。
（4）这样的热电偶实际上是一个电源，它的电能是由     能转化而来。
（5）热电偶电路可以把温度信号换成      信号，利用这种性质可以把热电偶做成    (写出一种应用)。

某兴趣小组进行电学实验，设计了如图甲所示电路，电源电压保持不变。闭合开关S，调节滑动变阻器阻值从最大变化到最小，电路中某个元件的“I－U”关系图线如图乙所示。求：

（1）定值电阻与滑动变阻器最大阻值之比。
（2）在乙坐标系中画出另一个元件的I-U图像。
（3）电路消耗的最大功率。
（4）滑动变阻器滑片从右端移到左端的过程中，变阻器消耗的电功率变化情况是（  ）

A．先变大后变小

B．变小

C．先变小后变大

D．变大

如图所示，当开关S闭合后，滑动变阻器滑片向右移动，电磁铁磁性将         (选填“增强”或“减弱”)，在图中标出电磁铁的N、S极。