Question

【题目】如图所示是某同学设计的一台浮力电子秤，其结构由浮力秤和电路两部分组成，小筒底面积为10cm2，大筒底面积为50cm2，装有适量水，金属滑片P固定在托盘下面并随托盘一起自由滑动（滑片质量和滑片受到导线的拉力均忽略不计），定值电阻R0=8Ω，AB是一根长为20cm的均匀电阻丝，其阻值为20Ω，电源电压为6V．当托盘中不放物体时，P位于A端，小筒浸入水中5cm（称量过程中大筒水未溢出），则：R0在电路中的作用是_____，托盘和小筒的总质量为_____g，当开关S闭合且在托盘中放入质量为100g的物体时，R0消耗的功率为_____W。

Answer 1

【答案】 保护电路 50 0.72

【解析】（1）当滑片P在最下端时，R的连入电路中的电阻为零，若电路中没有R0，将会造成电源短路，故R0在电路中起到保护电路的作用；（2）托盘中不放物体时，小筒浸入水中5cm，排开水的体积为：V排＝S小筒h＝10cm2×5cm＝50cm3＝5×10﹣5m3；小桶受到的浮力为：F浮＝ρ液gV排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×5×10﹣5m3＝0.5N；托盘和小筒处于漂浮状态，浮力等于重力，则托盘和小筒的总重力：G＝F浮＝0.5N；托盘和小筒的总质量为：m＝＝0.05kg＝50g；（3）在托盘中放入质量为100g的物体时，托盘和小筒仍处于漂浮状态，浮力仍等于重力，所以浮力的增加量等于重力的增加量，即△F浮＝△G＝△mg＝0.1kg×10N/kg＝1N，根据F浮＝ρ液gV排可得：△V排＝＝＝10﹣4m3；根据V＝Sh可得，增加的浸入深度：△h浸＝＝0.1m；大筒中水面上升的高度：△h上升＝＝0.02m；因为：△h浸＝△h上升d，其中d为小筒向下移动的距离，所以小桶向下移动的距离：d＝△h浸﹣△h上升＝0.1m﹣0.02m＝0.08m；小桶下降0.08m，此时滑片下滑0.08m＝8cm，则变阻器连入电路的长度变为20cm﹣8cm＝12cm，根据题意可知12cm的电阻丝的电阻为12Ω，即R＝12Ω，因为R和R0串联，由欧姆定律可得，此时电路的电流为：I＝＝0.3A；R0消耗的功率：P0＝I2R0＝（0.3A）2×8Ω＝0.72W.