小明设计了一个测量物体质量的“托盘秤”,如图(甲)是其原理示意图,其中托盘上放置物体,压力传感器R的电阻值会随所受压力大小发生变化,杠杆ABO可绕0点转动,电压表的量

发布时间:2020-08-09 10:34:19

小明设计了一个测量物体质量的“托盘秤”,如图(甲)是其原理示意图,其中托盘上放置物体,压力传感器R的电阻值会随所受压力大小发生变化,杠杆ABO可绕0点转动,电压表的量程为0~3V(可显示质量大小).已知OB:BA=1:2,电阻R0=100?.压力传感器R表面能承受的最大压力为400N,压杆与压力传感器的接触面积为2cm2,压力传感器R的电阻值随所受压力变化的图象如图(乙)所示.电源电压恒定不变,秤达到最大称量时,电压表的示数也达到最大值,托盘和杠杆组件的质量忽略不计.

求:(1)该压力传感器能承受的最大压强;
(2)电源电压;
(3)当电压表的示数为I.5V时,托盘上被测物体的质量.(取g=10N/kg)

网友回答

解:(1)最大压强:Pmax===2×106Pa.
答:该压力传感器能承受的最大压强为2×106Pa.
(2)杆秤到最大称量时,电阻R0两端的电压U0=3V,
由图象可知,此时压力传感器的电阻R=50Ω,
电路中的电流I===0.03A,
电源电压U=I(R0+R)=0.03A×(100Ω+50Ω)=4.5V.
答:电源电压为4.5V.
(3)当电压表示数为1.5V时,电路中电流I1===0.015A,
压力传感器两端的电压UR=U-U1=4.5V-1.5V=3V,
压力传感器的电阻R===200Ω,
由图象可知压力传感器受到的压力F=250N,
根据杠杆平衡条件得:F×OA=G×OB,
G==250N×3=750N,
所以托盘上物体的质量m===75kg.
答:托盘上被测物体的质量为75kg.
解析分析:(1)已知最大压力和接触面积,根据公式P=可求该压力传感器能承受的最大压强.
(2)电压表测量电阻R0两端的电压,已知杆秤到最大称量时,电阻R0两端的电压,从图象上可以看出此时压力传感器的电阻,根据公式I=可求电路电流,此时电阻R0和R串联,根据公式U=IR可求电源电压.
(3)根据欧姆定律先求出当电压表示数为1.5V时电路电流,压力传感器两端的电压等于电源电压减去电阻R0两端的电压,从而求出压力传感器的电阻,根据图象可知压力传感器受到的压力,再根据杠杆平衡条件求出物体的重力,进一步求出质量.


点评:本题考查压强、电阻、电压、重力、质量等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,还要回分析电路的连接,能从题目所给信息中找到有用的数据,要学会分析图象.
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