小明觀察到高速公路進出口處設有測量貨車重力檢測裝置,他利用學過的物理知識設計了一套測量貨車重力的模擬裝置,其工...
問題詳情:
小明觀察到高速公路進出口處設有測量貨車重力檢測裝置,他利用學過的物理知識設計了一套測量貨車重力的模擬裝置,其工作原理如圖*所示。OAB為水平槓桿,OB長1m,O為支點,OA∶AB=1∶4,平板上物體所受重力大小通過電流表讀數顯示。已知定值電阻R0的阻值為10Ω,壓力感測器R固定放置,R的阻值隨所受壓力F變化的關係如圖乙所示。平板、壓桿和槓桿的質量均忽略不計。
(1)當電池組電壓U0=12V,平板上物體所受重力分別是80N和100N時,閉合開關S,分別求出電流表的讀數;
(2)電池組用久後電壓變小為U1,這時平板上物體重100N時,電流表讀數為0.3A,求U1的大小;
(3)在第(2)問情況中,電池組電壓大小為U1,要求平板上重為100N的物體對應的電流表讀數和電池組電壓U0=12V的情況下相同,小明採取了兩種解決辦法:
①其它條件不變,只更換電阻R0,試求出更換後的R0′的大小。
②其它條件不變,只水平調節槓桿上觸點A的位置,試判斷並計算觸點A應向哪個方向移動?移動多少釐米?
【回答】
(1)0.3A和0.4A;(2)9V;(3)①2.5Ω;②觸點A應向左移動,移動3釐米
【解析】(1)由槓桿平衡條件可知,當
FA1=80N,FA2=100N
時
FA1·OA=FB1·OB
80N·OA=FB1·OB
FA2·OA=FB2·OB
100N·OA=FB2·OB
由題意可知
OA∶AB=1∶4
OA∶OB=1∶5
解得
FB1=16N,FB2=20N
由R的阻值隨所受壓力F變化關係圖象得
R1=30Ω、R2=20Ω
由歐姆定律得
I1==0.3A
I2==0.4A
(2)U1的大小
U1=IR總2=I0(R2+R0)=0.3A×(20Ω+10Ω)=9V
(3)①其它條件不變,只更換電阻R0為R0′,由題意得
U1=I2R總2′=I2(R2+R0′)
9V=0.4A×(20Ω+R0′)
解得
R0′=2.5Ω
②其它條件不變,只向左調節A觸點Lcm,壓力感測器阻值為R3
U1=I2R總3=I2(R3+R0)
9V=0.4A×(R3+10Ω)
解得
R3=12.5Ω
從圖象可知FB3=23N,由槓桿平衡條件
FB3·OB=FA2·(OA+L)
23N×1m=100N×(×1m+L)
解得
L=3cm
答:(1)平板上物體所受重力分別是80N和100N時,閉合開關S,電流表的示數分別為0.3A和0.4A;
(2)U1的大小是9V;
(3)①其它條件不變,只更換電阻R0,更換後的R0′的大小是2.5Ω;
②其它條件不變,只水平調節槓桿上觸點A的位置,觸點A應向左移動,移動3釐米。
知識點:歐姆定律單元測試
題型:計算題
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