盘点中考题中电流表或电压表在生活中的应用设计.docx

盘点中考题中电表在生活中的应用设计
(南京市江宁区淳化中学 周行志)
盘点了近几年的中考题，电流表、电压表常被设计为计数器、温度计、测力计、电子秤以及油量表等。试题形式从定性研究逐步演变为定量研究。知识的综合，设计形式的多变，导致难度的加深，使学生和老师都感到棘手。其实，这类题并不是无规律可循的。下面从三个方面谈一谈电表在生活中的应用设计。
一．利用电路特点把电表设计为计数器
例题：（2005年江苏扬州）小明所在的班级共有30多位同学，他们常采用投票表决的方式来决定班级重大事宜。小明想设计一个表决统计器，来快速地统计出投赞成票(或反对票)的人数。为此小明准备了下列器材：电源(电压为2V且恒定)、开关(足够多)、电流表(表盘如图16)、阻值100Ω的定值电阻(足够多)、导线若干。
　　⑴在方框中画出表决器的电路原理图（可用“……”省去部分重复的电路）；
⑵通过计算改画电流表的表盘刻度，使它能直接显示人数。
使用方法：

⑶写出表决统计器的使用方法

解析：利用并联电路中干路电流等于之路电流之和的特点，每闭合一个开关，相当于增加了一个人，电流正好增加0.02A，也即一个最小分度值，这样电流表就改装成了计数器。
本题答案：

使用方法：
使用0—0.6A量程，
投赞成票的同学闭合开关(反对、弃权者都不动作)，读出电流表上的人数，即为赞成人数。

变换：在设计中，也可以把电流表换成电压表，把并联电路换成串联电路，利用串联电路的分压原理，也可设计成计数器。
又如，（2006年北京）图是某种光电计数器的原理示意图，其中R1的电阻值随着光照亮度的增大而减小，R2为定值电阻。工件随传送带运动，使光源的光线间歇地照射R1，A、B两点间的信号处理系统每获得高电压时计数一次。下列说法正确的是（A D ）
A．光线照射R1时，信号处理系统计数
B．光线照射R1时，信号处理系统不计数
C．工件挡住光线，使R1两端的电压变小
D．工件挡住光线，使R1两端的电压变大
二．利用热电转换关系把电表设计为温度计
例题：（2008年江苏连云港）研究表明，有些金属电阻的阻值会随温度的变化而变化，物理学中利用这类金属的特性可以制成金属电阻温度计，它可以用来测量很高的温度，其原理如图所示。图中电流表量程为0～15mA（不计其电阻），电源的电压恒为3V，R′为滑动变阻器，金属电阻作为温度计的测温探头，在t≥0℃时其阻值Rt随温度t的变化关系为Rt=100+0.5t（单位为Ω）。
（1）若要把Rt放入温度为0℃处进行测量，使电流表恰好达到满量程电流15mA，则这时滑动变阻器R′接入电路的阻值为多大？
（2）保持（1）中滑动变阻器R′接入电路的阻值不变，当把测温探头Rt放到某待测温度处，电流表的示数恰为10mA，则此时Rt的阻值为多大？对应的温度为多高？
（3）保持（1）中滑动变阻器R′接入电路的阻值不变，当被测温度为600℃时，电路消耗的电功率为多大？
（4）若把电流表的电流刻度盘换为对应的温度刻度盘，则温度刻度的特点是什么？
解析：利用温度变化引起电阻大小的变化（给出了一个电阻与温度变化关系式），从而反映到电流的变化上，把电流表设计成了能够测量很高温度的温度计。同时，对刻度变化作了定性的分析。
本题答案：（1）100Ω （2）200Ω 200℃ （3）0.018W （4）电流刻度值越小对应的温度刻度值越大（其他合理均得分）
变换：在设计中，可以把电阻和温度的函数关系式换成表格或图像的形式，也可把电流表换成电压表，然后和滑动变阻器R′并联。
三．利用力电转换关系把电表设计为
（一）测力计
例题：（2008年江苏无锡）在学校举行的物理创新大赛上，小明和小红所在的科技小组分别设计了一种测量托盘所受压力的压力测量仪，如图甲、乙所示。两装置中所用的器材与规格完全相同，压力表是由电压表改装而成，R1为定值电阻，阻值为10Ω，R2为滑动变阻器，规格为“10Ω lA"。金属指针OP可在金属杆AB上滑动，且与它接触良好，金属指针和金属杆电阻忽略不计。M为弹簧，在弹性限度内它缩短的长度与其所受的压力大小成正比。当托盘所受压力为零时，P恰好位于R2的最上端；当托盘所受压力为50N时，P恰好位于R2的最下端，此时弹簧的形变仍在弹性限度内。
(1)甲装置中，当P位于R2的最下端时，电压表的示数为3V，则电源电压是多少?(2)甲装置中，压力25N的刻度位置标在电压表表盘多少伏的刻度线上?
(3)在甲、乙两种装置中，两压力表的刻度特点有何不同?试说明理由。

解析：本题把压力的变化转化为电阻的变化，从而引起电压表示数的变化，这样电压表就转换成了压力测量仪。最后两种设计的对比，主要是针对刻度变化的特点作进一步的探讨。
本题答案：
（1）6V (2) 2V.（3）甲装置中的压力表的刻度是不均匀的，乙装置中压力表的刻度是均匀的。甲装置中，当改变托盘所受的压力时，R2接入电路中的电阻发生变化，电路的电流发生变化。压力表的刻度是不均匀的。乙装置中，当改变托盘所受的压力时，R2接入电路中的电阻不发生变化，电路的电流不变。压力表的刻度是均匀的。
变换：本题在设计中，可增加弹簧伸长△l与拉力F的数据表格或给出一个F-△l的图像。也可把托盘换成一个拉环，使其成为一个锻炼身体的拉力计。如拉力计的电路图也可设计如下：

（二）电子秤
例题：(2008年福建厦门) 图甲是某电子秤的原理示意图．电压表量程为0~3V（可对应显示质量大小）。已知电阻R0=60Ω．压力传感器R的阻值随所受压力变化的图象如图乙所示，压力传感器表面能承受的最大压强为2×l06Pa，压杆与压力传感器的接触面积是2cm2。设托盘和压杆的质量可以忽略不计，电源电压恒定不变。试求：
（1）该压力传感器能承受的最大压力；
（2）若要求传感器受到最大压力时，电压表的示数达到最大值，则电源电压是多大？
（3）通过计算判断电子秤的刻度是否均匀。
解析：本题利用压敏电阻特性，结合串联电路的分压原理，把压力变化转换成电压表示数的变化，设计成了电子秤，并对刻度变化作了进一步的讨论。
本题答案：(1) 400N (2)6V (3)通过计算，该电子秤的刻度是不均匀的。
变换：把托盘直接压在电阻上，改为托盘通过杠杆机械对电阻施加压力，这样可以增大电子秤的测量范围。也可把电压表换成电流表串联在电路里。电路也可设计所示，

（三）油量表
例题：（苏科版九年级上册P92）如图所示，是一种自动测定油箱内油面高度的装置。R2是滑动变阻器，它的金属滑片连在杠杆的一端。从油量表（由电流表改装而成）指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度。试说明它的工作原理。

解析：本设计结合了浮力和杠杆以及电路的知识，把一个电流表设计成了一个反映箱内油量多少的油量表。如果在本题中，给出油箱内体积V和油面高度h的函数关系式或它们的数据表格或它们的图像，同时给出杠杆长度的相关数据，以及滑动变阻器阻值随长度变化的数据，就可以把本题变成一道定量的计算题了。
本题答案：当油箱内充满油时，油面托起浮标通过杠杆使滑动变阻器R连入电路，使得电路中的电流最大，油量表（电流表）指针满偏；当油箱内油逐渐减少时，滑动变阻器R连入电路中的电阻逐渐增大，电路中的电流逐渐减小，使油量表示数逐渐变小，由此可以知道油箱内油面的高度变化。
变换：本题设计中，也可把电流表换成电压表，然后，电压表和定值电阻R1并联，一样可以反映出油箱内油面的高度。
把电表设计为生活中的计数器、温度计、测力计、电子秤以及油量表等，既激发了学生的好奇心，又激活了他们的求知欲。但是这类试题将力、简单机械、表格、图像、电表读数以及电路计算等不同知识结合在一起，组成相互关联的知识网。同时，渗透了正向和逆向的思维能力，尤其还活用了半导体的光敏、压敏和热敏特性。因此，解这类题，要有很强的理解力和灵活性。