7. 小明用电压恒为24V的电源、量程为0~15V的电压表、定值电阻、滑动变阻器R(最大阻值为100Ω)等器材设计了一款自动称量装置,使用时,物体的质量可以从标注质量后的电压表表盘上直接读出。当量盘不放物体时,滑片P恰好位于滑动变阻器的a端,如题7图甲所示。闭合开关S,滑片P从滑动变阻器的a端移动到b端的过程中,电压表的示数由0逐渐增大到15V,此过程的最大称量质量为2kg。滑片下移的距离与餐盘中所放物体质量的大小成正比,滑动变阻器a端与滑片P所在位置之间的阻值和a、P之间的距离成正比。求:
(1)R₀的阻值。
(2)整个电路消耗的最大功率。
(3)小明在对电压表表盘进行质量标注的过程中发现,表盘上原刻度的每一小格对应的质量值是不同的,即质量刻度不均匀,如题7图乙所示。请设计一个可以实现质量刻度均匀的电路,在题7图丙方框内画出,并从节能的角度对甲、丙两个电路作出评价。

(1)R₀的阻值。
(2)整个电路消耗的最大功率。
(3)小明在对电压表表盘进行质量标注的过程中发现,表盘上原刻度的每一小格对应的质量值是不同的,即质量刻度不均匀,如题7图乙所示。请设计一个可以实现质量刻度均匀的电路,在题7图丙方框内画出,并从节能的角度对甲、丙两个电路作出评价。
答案
(1)当滑片在b端时,Rap=100Ω,电压表测Rap电压Uv=15V,R0与Rap串联,电路电流I=Uv/Rap=15V/100Ω=0.15A。R0两端电压U0=U-Uv=24V-15V=9V,R0=U0/I=9V/0.15A=60Ω。
(2)电路总功率P=U²/R总,U不变,R总最小时P最大。当滑片在a端,Rap=0,R总=R0=60Ω,Pmax=U²/R0=(24V)²/60Ω=9.6W。
(3)电路设计:定值电阻R0、滑动变阻器R(a、b端接入电路)串联,电压表并联在a与滑片P之间。评价:丙电路总电阻为R0+R=160Ω,总功率P=U²/(R0+R)=3.6W恒定;甲电路总电阻最小为60Ω,功率最大9.6W,故丙电路更节能。
丙图电路图示:电源、开关S、R0、滑动变阻器R(a、b端串联)依次连接,电压表并联在R的a端与滑片P之间。
(2)电路总功率P=U²/R总,U不变,R总最小时P最大。当滑片在a端,Rap=0,R总=R0=60Ω,Pmax=U²/R0=(24V)²/60Ω=9.6W。
(3)电路设计:定值电阻R0、滑动变阻器R(a、b端接入电路)串联,电压表并联在a与滑片P之间。评价:丙电路总电阻为R0+R=160Ω,总功率P=U²/(R0+R)=3.6W恒定;甲电路总电阻最小为60Ω,功率最大9.6W,故丙电路更节能。
丙图电路图示:电源、开关S、R0、滑动变阻器R(a、b端串联)依次连接,电压表并联在R的a端与滑片P之间。
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