車輛超載是造成公路橋樑損壞的重要原因,因此限制車輛超載有着重要意義。某物理興趣小組設計了一個模擬超載*裝置,...
問題詳情:
車輛超載是造成公路橋樑損壞的重要原因,因此限制車輛超載有着重要意義。某物理興趣小組設計了一個模擬超載*裝置,如圖1所示。為了增大檢測重量,他們使用了一個水平槓桿OAB,O為支點,OB長120cm,AB:AO=5:1,模擬車輛放置在托盤內。已知電源電壓恆定不變,*器的阻值R0恆為10Ω,壓敏電阻R固定放置,壓敏電阻R的阻值與所受到的壓力F變化的關係如圖2所示。閉合開關S,托盤空載時,電流表的示數為0.2A;當模擬車輛重量逐漸增大,電流表示數達到0.5A時,*器開始發出*信號。托盤、壓桿和槓桿的質量及壓桿的大小均忽略不計。求:
(1)由圖2可知,壓敏電阻R的阻值隨着所受到的壓力F增大而 ;檢測時,槓桿A點受到的壓力與槓桿B端受到的支持力大小之比為 ;
(2)托盤空載時壓敏電阻的阻值為 Ω,電源電壓為 V;
(3)*器剛好開始*時,壓敏電阻的阻值為 Ω,設定的托盤限載重量為 N,電路消耗的總功率為 W。
(4)若換用15V的電源,為保**器仍在原設定的托盤限載重量時*,應在槓桿上水平調節托盤底部觸點A的位置。試計算説明觸點A應調節至距O點多少cm處?
【回答】
解:
(1)由圖2可知,壓敏電阻R的阻值隨着所受到的壓力F增大而減小;
根據槓桿的平衡條件:FA×OA=FB×OB,
所以=,
因為AB:AO=5:1,
所以OB:OA=6:1,
所以==;
(2)由2圖數據可知,當踏板空載時(F=0N),壓力傳感器的電阻為R=40Ω,已知R0=10Ω,
電源電壓為:U=I(R+R0)=0.2A×(40Ω+10Ω)=10V;
(3)電流表示數達到0.5A時,*器開始發出*信號,
根據歐姆定律I=知,
總電阻為:R總===20Ω,
此時壓力傳感器的電阻為:
R′=R總﹣R0=20Ω﹣10Ω=10Ω;
由圖象2知所受到的壓力F為30N;
由題知,ABO為一水平槓桿,O為支點,AB:AO=5:1,則OA=OB=×120cm=20cm,
根據槓桿平衡條件可得:F壓×OB=F踏×OA,即30N×6=F踏×1,
解得F踏=180N,即踏板設定的最大壓力值為180N;
電路消耗的總功率為:P=UI=10V×0.5A=5W;
(4)若電源電壓變為15V,為保**器仍在踏板原設定的最大壓力值時*,電路中的電流仍為0.5A,
此時的總電阻為:R總′===30Ω,
此時壓力傳感器的電阻為:R″=R總′﹣R0=30Ω﹣10Ω=20Ω;
由圖象可知,當傳感器的阻值為20Ω時,對應的壓力為F壓′=12N,
根據槓桿平衡條件可得:F踏×OA′=F壓′×OB,即180N×OA′=12N×1.2m,
解得OA′=0.08m=8cm。
答:(1)減小;6:1;(2)40;10;(3)10;180;5;
(4)觸點A應調節至距O點8cm處。
【分析】(1)由圖2判斷出壓敏電阻R的阻值與所受到的壓力F的關係;根據槓桿的平衡條件分析解答;
(2)當踏板空載時,壓力傳感器的電阻為40Ω,閉合開關時,壓力傳感器和*器串聯,根據歐姆定律求出電流,再求出電源電壓;
(3)電流表示數達到0.5A時,*器開始發出*信號,根據歐姆定律求出總電阻,再求出壓力傳感器的電阻,由圖象得出設定的托盤限載重量;
根據P=UI算出電路消耗的總功率;
(4)若電源電壓變為15V,為保**器仍在踏板原設定的最大壓力值時*,電路中的電流仍變為0.5A,根據歐姆定律算出R的電電阻,從表格中判斷出壓力F,再根據槓桿平衡條件求出OA的長度。
【點評】本題中主要考查了歐姆定律、電功率公式、串聯電路的特點、槓桿平衡條件的應用等,具有一定的綜合*,理解圖象和這一裝置的工作原理,是解決此題的前提,對我們分析題意的能力要求較高。
知識點:歐姆定律單元測試
題型:計算題
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