Question

【題目】圖甲的儲(chǔ)水容器底有質(zhì)量0.5kg，底面積100cm2的長(zhǎng)方體浮桶，桶上端通過輕質(zhì)彈簧與緊貼力敏電阻的輕質(zhì)絕緣片A相連，距容器底0.4m處的側(cè)壁有排水雙控閥門。控制電路如圖乙所示，其電源電壓U＝12V，R0＝10Ω，當(dāng)電流表示數(shù)為0.6A，且桶底升至閥門所處高度時(shí)，閥門才感應(yīng)排水。力敏電阻R與它所受壓力F的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示（彈簧均在彈性限度內(nèi)）。求：

壓力F/N	2	4	…	12	15
電阻R/Ω	110	70	…	16	10

(1)浮桶的重力是多少牛？

(2)未加水時(shí)，力敏電阻所受壓力為2N，電流表的示數(shù)是多少安？

(3)當(dāng)容器內(nèi)的水深達(dá)到多少米時(shí)，雙控閥門才打開排水？

(4)因?qū)嶋H條件發(fā)生變化，需要提高排水雙控閥門的位置，若保持其他條件不變，此時(shí)應(yīng)該如何調(diào)整R0的阻值？請(qǐng)簡(jiǎn)述分析過程。

Answer 1

【答案】(1)5N；(2)0.1A；(3)0.6m；(4)增大R0的阻值，分析過程見解析

【解析】

解：(1)浮桶的重力：G＝mg＝0.5kg×10N/kg＝5N

(2)未加水時(shí)，力敏電阻所受的壓力為2N，由表可知：此時(shí)力敏電阻R的阻值為110Ω

此時(shí)電路中的總電阻：R總＝R0＋R＝10Ω＋110Ω＝120Ω

故電流表的示數(shù)：I＝＝＝0.1A

(3)已知當(dāng)電流表示數(shù)為0.6A，且桶底升至閥門所處高度時(shí)，閥門才感應(yīng)排水

此時(shí)電路中的總電阻：R總′＝＝＝20Ω

此時(shí)力敏電阻的阻值：R′＝R總′－R0＝20Ω－10Ω＝10Ω

由表可知：此時(shí)力敏電阻所受的壓力F′＝15N

由于物體間力的作用是相互的，則此時(shí)浮桶所受的彈簧的壓力也為15N

此時(shí)浮桶受到豎直向下的重力、彈簧對(duì)它豎直向下的壓力、水對(duì)它豎直向上的浮力

則浮桶受到的浮力：F浮＝G＋F″＝5N＋15N＝20N

由F浮＝ρ水gV排得浮桶排開水的體積：

V排＝＝＝2×10－3m3

此時(shí)浮桶浸入水中的深度：

h浸＝＝＝0.2m

故此時(shí)容器內(nèi)水的深度：h＝h浸＋h0＝0.2m＋0.4m＝0.6m

(4)當(dāng)排水時(shí)容器內(nèi)的水深變大，開始排水時(shí)浮桶浸入水中的深度變大，浮桶受到的浮力變大，力敏電阻受到的壓力變大，所以此時(shí)力敏電阻的阻值變小；根據(jù)歐姆定律可知要使電路中的電流仍為0.6A時(shí)開始排水，則電路總電阻應(yīng)不變，所以根據(jù)串聯(lián)電路電阻規(guī)律，應(yīng)增大R0的阻值。