探究電表的改裝問題

王萍

用電流表和電壓表改裝成實際測量儀表是歐姆定律部分的一個重要知識點，此類題既可以考查對歐姆定律應(yīng)用的理解，又可以考查利用物理知識解決實際問題的能力。下面通過兩道例題簡單分析。

一、電流表改裝成油量表

由電流表改裝而成的油量表一般是串聯(lián)在電路中，當(dāng)電路中電阻發(fā)生變化時，電路中電流也會發(fā)生變化，即此時油量表示數(shù)也發(fā)生相應(yīng)變化。

例1 如圖1所示是自動測定油箱內(nèi)油量的原理圖，O為杠桿支點，油量表是由量程為0～0.6 A的電流表改裝而成的，R0阻值為10 Ω，電源電壓為3 V，Rx是規(guī)格為“20 Ω 1 A”的滑動變阻器。當(dāng)Rx的滑片處于最上端時，電路中的電流是? ? ? ?A，此時油量表示數(shù)為0;當(dāng)油面上升時，電路中的電阻將? ? ? ?，電流將? ? ? ?。（后兩空選填“增大”或“減小”）

解析：本題是一種自動測定油箱內(nèi)油面高度的裝置，因為油量表串聯(lián)在電路中，所以油量表是由電流表改裝而成的。該裝置通過浮標(biāo)的浮沉來改變電阻Rx的阻值，從而改變電路中的電流，即改變油量表的示數(shù)。

當(dāng)油箱內(nèi)油量為0，Rx滑片處于最上端時，Rx = 20 Ω，R0 = 10 Ω， [I=UR=3 V20 Ω+10 Ω=0.1 A];當(dāng)油面上升時，Rx滑片向下移，電阻減小，即電路中總電阻將減小，電流將增大，油量表示數(shù)也隨之增大。

答案：0.1 減小 增大

點評：（1）電阻R0對電路起保護作用，即電路中最小阻值（加滿油時）為10 Ω，這樣電路最大電流為0.3 A，油量為0時電流為0.1 A，油量表示數(shù)范圍為0.1～0.3 A。這反映出油量表與電流表存在細微區(qū)別：兩表零刻度線不重合，油量表的零刻度線在電流表的0.1 A示數(shù)處。

（2）這個改裝電路還有一個最大的缺陷就是沒有開關(guān)，無論油量多少電路中總是存在電流。可以在滑動變阻器最下端貼一個微小絕緣層，這樣當(dāng)油加滿時電路自動斷電，油量表示數(shù)自動變?yōu)?。

變式訓(xùn)練1：圖2是一個自動體重測試儀的工作原理圖，有關(guān)它的說法正確的是（ ）。

A. 體重測試儀電路由于缺少開關(guān)，始終處于通路無法斷開

B. 體重示數(shù)計是用電壓表改裝成的

C. 自動體重測試儀中電阻R1可有可無

D. 體重測試儀所測體重越大，電路中的電流越大

答案：D

二、電壓表改裝成電子秤

由電壓表改裝而成的電子秤一般是將電壓表與電路中某個電阻并聯(lián)，當(dāng)電路中電阻發(fā)生變化時，電路中電流也會發(fā)生變化，此時與電子秤并聯(lián)的電阻電壓也會發(fā)生變化，使得電子秤示數(shù)發(fā)生變化。

例2 某同學(xué)自制電子秤的原理圖如圖3所示，電源電壓為12 V，R0是阻值為10 Ω的定值電阻，壓力表為0～15 V的電壓表，R是壓敏電阻，其阻值與所受壓力大小關(guān)系如表。該電路中的最小電流是 A（忽略踏板、直桿ABO及壓桿的重力）;若壓桿對R的壓力為200 N，此時R的阻值為 Ω。當(dāng)踏板上的壓力增大時，通過R的電流 ，壓力表的示數(shù) 。（后兩空填“減小”或“增大”）

[壓力F/N 0 50 100 150 … 450 電阻R/Ω 30 27 24 21 … 3 ]

解析：分析電子秤的原理圖可知：定值電阻R0與壓敏電阻R串聯(lián)，由電壓表改裝成的壓力表測量電阻R0電壓。當(dāng)F = 0 N，R = 30 Ω時，電路中電流最小，即[Imin=UR總=12 V30 Ω+10 Ω=0.3 A];分析壓敏電阻阻值與所受壓力大小關(guān)系可知，壓力每增加50 N，電阻R減小3 Ω，所以當(dāng)壓桿對R的壓力為200 N時，R =18 Ω;當(dāng)踏板上的壓力增大時，壓敏電阻R減小，總電阻減小，電流增大，電阻R0的電壓增大，即壓力表的示數(shù)增大。

答案：0.3 18 增大 增大

點評：若需討論電表改裝成的測量儀表刻度是否均勻，則主要看由刻度對應(yīng)的物理量與被測量物理量之間是否成線性關(guān)系，如果兩個物理量之間符合[y=kx]或[y=kx+b]，這樣的電表改裝成的儀表刻度是均勻的，否則刻度不均勻?；氐奖绢}中，由阻值R與所受壓力F大小關(guān)系得出F = [-503R+500]，即R = 30 [- 350F]，根據(jù)歐姆定律變形式得壓力表示數(shù)為[U=I×R0=12R+R0×R0=1230-350F+10×10=6 0002 000-3F]，即[U=6 0002 000-3F]，這里壓力表示數(shù)U與壓力大小F不成線性關(guān)系，即由電壓表改裝而成的電子秤刻度是不均勻的，用同樣的方法也可以分析出由電流表改裝成的油量表的刻度也是不均勻的。

變式訓(xùn)練2：下面是某物理興趣小組設(shè)計的四個測量身高的電路圖，身高儀都由電壓表改裝而成，能實現(xiàn)身高越高，身高儀示數(shù)越大，且刻度均勻的電路是（ ）。

<f：＼張媛媛＼2021pb＼cz21-23 初中生11期 中考版＼導(dǎo)圖＼2.重點突破-2版-侯中柱-B702＼image12.png>[塑料擋板][R][P][R'][V][S][R][R'][P][塑料擋板][V][S][塑料擋板][R][R'][P][S][V][塑料擋板][R][R'][P][V][S]

A B C D

答案：A

（作者單位：江蘇省鹽城市初級中學(xué)鹿鳴路校區(qū)）