车辆超载是造成公路桥梁损坏的重要原因,因此限制车辆超载有着重要意义。某物理兴趣小组设计了一个模拟超载*装置,...
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车辆超载是造成公路桥梁损坏的重要原因,因此限制车辆超载有着重要意义。某物理兴趣小组设计了一个模拟超载*装置,如图1所示。为了增大检测重量,他们使用了一个水平杠杆OAB,O为支点,OB长120cm,AB:AO=5:1,模拟车辆放置在托盘内。已知电源电压恒定不变,*器的阻值R0恒为10Ω,压敏电阻R固定放置,压敏电阻R的阻值与所受到的压力F变化的关系如图2所示。闭合开关S,托盘空载时,电流表的示数为0.2A;当模拟车辆重量逐渐增大,电流表示数达到0.5A时,*器开始发出*信号。托盘、压杆和杠杆的质量及压杆的大小均忽略不计。求:
(1)由图2可知,压敏电阻R的阻值随着所受到的压力F增大而 ;检测时,杠杆A点受到的压力与杠杆B端受到的支持力大小之比为 ;
(2)托盘空载时压敏电阻的阻值为 Ω,电源电压为 V;
(3)*器刚好开始*时,压敏电阻的阻值为 Ω,设定的托盘限载重量为 N,电路消耗的总功率为 W。
(4)若换用15V的电源,为保**器仍在原设定的托盘限载重量时*,应在杠杆上水平调节托盘底部触点A的位置。试计算说明触点A应调节至距O点多少cm处?
【回答】
解:
(1)由图2可知,压敏电阻R的阻值随着所受到的压力F增大而减小;
根据杠杆的平衡条件:FA×OA=FB×OB,
所以=,
因为AB:AO=5:1,
所以OB:OA=6:1,
所以==;
(2)由2图数据可知,当踏板空载时(F=0N),压力传感器的电阻为R=40Ω,已知R0=10Ω,
电源电压为:U=I(R+R0)=0.2A×(40Ω+10Ω)=10V;
(3)电流表示数达到0.5A时,*器开始发出*信号,
根据欧姆定律I=知,
总电阻为:R总===20Ω,
此时压力传感器的电阻为:
R′=R总﹣R0=20Ω﹣10Ω=10Ω;
由图象2知所受到的压力F为30N;
由题知,ABO为一水平杠杆,O为支点,AB:AO=5:1,则OA=OB=×120cm=20cm,
根据杠杆平衡条件可得:F压×OB=F踏×OA,即30N×6=F踏×1,
解得F踏=180N,即踏板设定的最大压力值为180N;
电路消耗的总功率为:P=UI=10V×0.5A=5W;
(4)若电源电压变为15V,为保**器仍在踏板原设定的最大压力值时*,电路中的电流仍为0.5A,
此时的总电阻为:R总′===30Ω,
此时压力传感器的电阻为:R″=R总′﹣R0=30Ω﹣10Ω=20Ω;
由图象可知,当传感器的阻值为20Ω时,对应的压力为F压′=12N,
根据杠杆平衡条件可得:F踏×OA′=F压′×OB,即180N×OA′=12N×1.2m,
解得OA′=0.08m=8cm。
答:(1)减小;6:1;(2)40;10;(3)10;180;5;
(4)触点A应调节至距O点8cm处。
【分析】(1)由图2判断出压敏电阻R的阻值与所受到的压力F的关系;根据杠杆的平衡条件分析解答;
(2)当踏板空载时,压力传感器的电阻为40Ω,闭合开关时,压力传感器和*器串联,根据欧姆定律求出电流,再求出电源电压;
(3)电流表示数达到0.5A时,*器开始发出*信号,根据欧姆定律求出总电阻,再求出压力传感器的电阻,由图象得出设定的托盘限载重量;
根据P=UI算出电路消耗的总功率;
(4)若电源电压变为15V,为保**器仍在踏板原设定的最大压力值时*,电路中的电流仍变为0.5A,根据欧姆定律算出R的电电阻,从表格中判断出压力F,再根据杠杆平衡条件求出OA的长度。
【点评】本题中主要考查了欧姆定律、电功率公式、串联电路的特点、杠杆平衡条件的应用等,具有一定的综合*,理解图象和这一装置的工作原理,是解决此题的前提,对我们分析题意的能力要求较高。
知识点:欧姆定律单元测试
题型:计算题
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