小明设计了一个测量物体质量的“电子托盘秤”,如图是其原理的示意图,其中托盘上放置物体时,压力传感器R?电阻值会随所受压力大小发生变化,杠杆ABO可绕O点转动,电压表的量程为0-3V(可显示质量大小).已知OB:OA=1:3,电阻R0=100Ω.压力传感器R表面能承受的最大压强为2×106Pa,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关系如下表所示.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.(取g=10N/kg)
压力F/N050100150200250300350400电阻R/Ω45040035030025020015010050求:(1)该压力传感器能承受的最大压力.
(2)电源电压.
(3)当电压表的示数为1V时,托盘上被测物体的质量.
网友回答
解:(1)压力传感器能承受的最大压力:
F大=p大s=2×106Pa×2×10-4m2=400N;
(2)杆秤到最大称量时,电阻R0两端的电压U0=3V,
由表格可知,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.
(3)当电压表示数为1V时,电路中电流I1===0.01A,
压力传感器两端的电压UR=U-U1=4.5V-1V=3.5V,
压力传感器的电阻R===350Ω,
由图象可知压力传感器受到的压力F=100N,
根据杠杆平衡条件得:F×OA=G×OB,
G==100N×3=300N,
所以托盘上物体的质量m===30kg.
答:(1)该压力传感器能承受的最大压力为400N.
(2)电源电压为4.5V.
(3)当电压表的示数为1V时,托盘上被测物体的质量为30kg.
解析分析:(1)知道能承受的最大压强由压强公式求最大压力;(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,从表格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1V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:本题考查了学生对重力公式、压强公式、杠杆平衡条件、串联电路的电压特点、欧姆定律的了解与掌握,关键是能从表格得出需要的信息和灵活的运用公式.