Question

從2011年5月11日起，執(zhí)行酒駕重罰新規(guī)定．參照《車輛駕駛?cè)藛T呼氣酒精含量閾值與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（GB19522）》，呼氣中酒精濃度大于等于0.09mg/L就屬于酒后駕駛．京口中學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)小組的同學(xué)就“呼氣中酒精濃度是否超標(biāo)”展開探究活動(dòng)，小組同學(xué)通過資料查詢，知道氧化錫具有氣敏特性，當(dāng)周圍氣體中酒精濃度增加，其電阻值就降低．他們到電子器材商店購(gòu)得某型號(hào)氧化錫酒精氣體傳感器，其阻值Rx與周圍氣體中酒精濃度的關(guān)系如下表所示．交警使用的某型號(hào)酒精測(cè)試儀的工作原理如圖1所示，電源電壓恒為6V，R₀為定值電阻，在測(cè)試時(shí)當(dāng)酒精氣體的濃度為0.01mg/L時(shí)，電壓表的示數(shù)為1V，求：
（1）定值電阻R₀的阻值；
（2）在檢測(cè)時(shí)電壓表讀數(shù)大于等于多少時(shí)被檢測(cè)者屬于酒后駕車？
（3）該酒精檢測(cè)儀表盤的零刻度應(yīng)在電壓表的什么示數(shù)位置，請(qǐng)計(jì)算并在圖2表盤上標(biāo)出；
（4）若電壓表的量程是0～3V，此酒精測(cè)試儀能檢測(cè)出酒精氣體的濃度最多為多少？

酒精氣體的濃度/mg/L	0	0.01	0.03	0.05	0.07	0.09	0.11	0.13
酒精氣體傳感器電阻Rx/Ω	36	20	15	11	8	6	4.5	4

Answer 1

分析：（1）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)酒精氣體的濃度為0.01mg/L時(shí)酒精氣體傳感器的電阻，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出酒精氣體傳感器電阻兩端的電壓，利用歐姆定律和串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出電路中的電流，最后根據(jù)歐姆定律求出定值電阻R₀的阻值；
（2）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)酒精氣體的濃度為0.09mg/L時(shí)酒精氣體傳感器的電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出電壓表的示數(shù)即為酒駕時(shí)的最小示數(shù)；
（3）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)酒精氣體的濃度為0mg/L時(shí)酒精氣體傳感器的電阻，根據(jù)阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出電壓表的示數(shù)即為零刻度的位置；
（4）根據(jù)歐姆定律求出電壓表的示數(shù)為3V時(shí)電路中的電流，再根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出酒精氣體傳感器電阻兩端的電壓，利用歐姆定律求出酒精氣體傳感器電阻的阻值，由表格讀出此酒精測(cè)試儀能檢測(cè)出酒精氣體的最大濃度．

解答：解：（1）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)酒精氣體的濃度為0.01mg/L時(shí)酒精氣體傳感器的電阻R_x=20Ω，
∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
∴酒精氣體傳感器電阻兩端的電壓：
U_x=U-U₀=6V-1V=5V，
∵串聯(lián)電路中各處的電流相等，
∴根據(jù)歐姆定律可得，電路中的電流：
I=I_x=

Ux

Rx

=

5V

20Ω

=0.25A，
定值電阻R₀的阻值：
R₀=

U0

I

=

1V

0.25A

=4Ω；
（2）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)酒精氣體的濃度為0.09mg/L時(shí)酒精氣體傳感器的電阻R_x′=6Ω，
∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴此時(shí)電路中的電流：
I′=

U

R0+R′x

=

6V

4Ω+6Ω

=0.6A，
電壓表的示數(shù)：
U₀′=I′R₀=0.6A×4Ω=2.4V，
即電壓表的示數(shù)大于等于2.4V時(shí)屬于酒后駕車；
（3）由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)酒精氣體的濃度為0mg/L時(shí)酒精氣體傳感器的電阻R_x″=36Ω，
電路中的電流：
I″=

U

R0+R″x

=

6V

4Ω+36Ω

=0.15A，
電壓表的示數(shù)：
U₀″=I″R₀=0.15A×4Ω=0.6V，
即該酒精檢測(cè)儀表盤的零刻度應(yīng)在電壓表0.6V的示數(shù)位置，如下圖所示：

（4）當(dāng)電壓表的示數(shù)為3V時(shí)，此酒精測(cè)試儀能檢測(cè)出酒精氣體的濃度最大，
電路中的電流：
I_max=

U0max

R0

=

3V

4Ω

=0.75A，
此時(shí)酒精氣體傳感器兩端的電壓：
U_xmin=U-U_0max=6V-3V=3V，
酒精氣體傳感器的電阻：
R_xmin=

Uxmin

Imax

=

3V

0.75A

=4Ω，
由表格可知，此酒精測(cè)試儀能檢測(cè)出酒精氣體的濃度最多為0.13mg/L．
答：（1）定值電阻R₀的阻值為4Ω；
（2）在檢測(cè)時(shí)電壓表讀數(shù)大于等于2.4V時(shí)被檢測(cè)者屬于酒后駕車；
（3）該酒精檢測(cè)儀表盤的零刻度應(yīng)在電壓表的0.6V示數(shù)位置，如上表所示；
（4）若電壓表的量程是0～3V，此酒精測(cè)試儀能檢測(cè)出酒精氣體的濃度最多為0.13mg/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是從表格中得出酒精濃度對(duì)應(yīng)酒精氣體傳感器電阻的阻值．