Question

【題目】興趣小組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室模仿工程師做“鋼梁承重后的下垂量h”的測試，小組同學(xué)用厚鋼尺制成了一座跨度為s的橋梁（如圖1），并設(shè)計(jì)了一個(gè)方便讀取“厚鋼尺橋梁受壓后下垂量”的測試儀，測試儀由壓力傳感器R與外部電路組成，（如圖2）。已測得跨度為s時(shí)，在一定范圍內(nèi)，其下垂量h與壓力F滿足關(guān)系h=kF，k=1×10-3m/N；電路中電源電壓恒為12V，電阻R0=10Ω，電流表量程為0～0.6A．傳感器電阻R與壓力F的關(guān)系圖象如圖3，忽略傳感器與梁自重產(chǎn)生的影響。求：

（1）當(dāng)壓力F=0時(shí)，電路中的電流；

（2）電流表顯示電流為0.4A時(shí)，橋梁的下垂量；

（3）當(dāng)壓力F=32N時(shí)，電阻R0的功率。

Answer 1

【答案】（1）0.3A（2）0.02m（3）2.5W

【解析】

（1）當(dāng)壓力F=0時(shí)，根據(jù)圖象可知此時(shí)傳感器電阻R的阻值，然后根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律即可求出電路中的電流；
（2）電流表顯示電流為0.4A時(shí)，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)求出傳感器電阻R的阻值，根據(jù)圖象可知此時(shí)壓力，根據(jù)下垂量h與壓力F滿足關(guān)系式求出橋梁的下垂量；
（3）根據(jù)圖象數(shù)據(jù)得出R與F的關(guān)系式，然后求出拉力為32N時(shí)傳感器電阻R的阻值，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律即可求出電路中的電流；根據(jù)P=I2R求出R0的功率。

（1）由圖2可知：R0與R串聯(lián)；

當(dāng)壓力F=0時(shí)，根據(jù)圖象數(shù)據(jù)可知：此時(shí)傳感器電阻R的阻值R1=30Ω，

則總電阻R總1=R0+R1=10Ω+30Ω=40Ω，

所以電路中的電流I1===0.3A；

（2）電流表顯示電流為0.4A時(shí)，根據(jù)I=可得：

總電阻R總2===30Ω，

根據(jù)串聯(lián)電路的總電阻等于各電阻之和可得：

傳感器電阻R的阻值R2=R總2-R0=30Ω-10Ω=20Ω；

根據(jù)圖象數(shù)據(jù)可知：此時(shí)壓力F2=20N，

根據(jù)h=kF可得：

橋梁的下垂量h2=kF2=1×10-3m/N×20N=0.02m；

（3）由圖象可知，F1=50N、R1=5Ω；F2=20N、R2=20Ω；根據(jù)R=aF+b可得：

5Ω=a×50N+b----------①

20Ω=a×20N+b----------②

解得：a=Ω/N，b=30Ω；

所以，R=Ω/N×F+30Ω，

則當(dāng)拉力為32N時(shí)，傳感器電阻R的阻值R″=Ω/N×32N+30Ω=14Ω，

根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律可得：

電路中的電流；

R0的功率P0=I″2R0=（0.5A）2×10Ω=2.5W。