Question

【題目】如圖甲所示，是某工廠的水平傳送帶上的產(chǎn)品運輸及計數(shù)裝置示意圖．其中，電源電壓為3V，定值電阻R0的阻值為200Ω；S為激光光源，能發(fā)射一條粗細(xì)忽略不計的光線；R為光敏電阻，當(dāng)有光照射時，其阻值較小，無光照射時，其阻值較大．水平傳送帶上的產(chǎn)品均是密度ρ=2.5×103kg/m3的相同正方體．當(dāng)水平傳送帶上的產(chǎn)品和傳送帶一起以速度v=0.5m/s勻速通過S與R之間時，射向光敏電阻的光線被產(chǎn)品擋住，光線始終與正方體靠近光源一側(cè)的表面垂直，通過電壓表測出光敏電阻R兩端電壓隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示（g=10N/kg）．
則：
①定值電阻R0消耗的最大功率是多少？
②水平傳送帶對每個產(chǎn)品的支持力為多少？

Answer 1

【答案】解：①當(dāng)有光照射時，光敏電阻的阻值較小，則此時電路中的電流較大，R0兩端的電壓較大，而R兩端的電壓較小， 由圖乙可知，R兩端的較小電壓是1V，則R0兩端的較大電壓是：U0=U﹣UR=3V﹣1V=2V，
R0消耗的最大功率：P0= = =0.02W；
②當(dāng)無光照射時（即產(chǎn)品擋住了射向光敏電阻的激光），光敏電阻的阻值較大，電流較小，R0兩端的電壓較小，而R兩端的電壓較大，
由圖乙可知，R兩端的較大電壓是2V，此時對應(yīng)的時間是0.6s﹣0.4s=0.2s（或1.2s﹣1.0s=0.2s），
則產(chǎn)品的邊長：a=vt=0.5m/s×0.2s=0.1m，
產(chǎn)品的體積；V=a3=（0.1m）3=0.001m3 ，
產(chǎn)品的質(zhì)量：m=ρV=2.5×103kg/m3×0.001m3=2.5kg，
產(chǎn)品的重力：G=mg=2.5kg×10N/kg=25N，
因為產(chǎn)品放在水平傳送帶上，所以F=G=25N．
答：①定值電阻R0消耗的最大功率是0.02W．
②水平傳送帶對每個產(chǎn)品的支持力為25N
【解析】①當(dāng)有光照射時，光敏電阻R的阻值較小，由此可知：此時電路中的電流較大，R0兩端的電壓較大，R0消耗的功率最大，根據(jù)圖乙找出R兩端的最小電壓值，然后根據(jù)串聯(lián)電路電壓規(guī)律算出R0兩端的最大電壓值，最后根據(jù)公式P= 就可以算出R0消耗的最大功率；②水平傳送帶對產(chǎn)品的支持力等于產(chǎn)品的重力，所以只要算出產(chǎn)品的重力就可以知道水平傳送帶對產(chǎn)品的支持力．根據(jù)重力計算公式G=mg和公式m=ρV，我們可以推出G=ρVg，所以要算產(chǎn)品的重力，我們就需要先算出產(chǎn)品的體積．由于產(chǎn)品是正方體，所以V=a3（a為邊長），那么我們只要求出產(chǎn)品的邊長就可以求出產(chǎn)品的體積了，而產(chǎn)品的邊長又如何求解呢？ 根據(jù)題意：當(dāng)無光照射時（即產(chǎn)品擋住了射向光敏電阻的激光），其阻值較大，電流較小，R0兩端的電壓較小，而R兩端的電壓較大．我們從圖乙中，找出R兩端電壓較高時所對應(yīng)的時間，然后用產(chǎn)品的運動速度乘以時間，即可算出產(chǎn)品的邊長．
【考點精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解重力的計算的相關(guān)知識，掌握重力的計算公式：G=mg，以及對電功率的計算公式的理解，了解計算電功率公式：P =W/t ；P=UI ; 式中單位P→瓦(w)；W→焦；t→秒；U→伏（V）；I→安（A）計算電功率還可用公式：P=I2R和P= U2/R．