物理兴趣小组在课外活动中,制作了一个测量质量的电子秤,其原理如图中甲的虚线框所示,它主要由四部分构成:托板和压力杠杆ABO,定值电阻R0,压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻),显示质量大小的仪表V(实质是电压表).其中AB:BO=4:1,且已知压力传感器的电阻R与所受压力F变化的关系如下表所示(g取10N/kg).设托板和杠杆的质量可以忽略不计,接通电源后,电源电压保持6V不变.
| 压力F/N | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 |
| 电阻R/Ω | 300 | 270 | 240 | 210 | 180 | 150 |
| 压力F/N | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | |
| 电阻R/Ω | 120 | 90 | 60 | 30 | 0 |
(2)当电压表的示数是1.5V时,托板上物体的质量多大?
试题答案
(1)电子秤空载时,压力传感器受到的压力为0,查表可知,此时压力传感器的电阻为300Ω.由电压表可知此时电阻R0两端的电压U1=1V.
所以,压力传感器两端的电压U2=U-U1=6V-1V=5V,
此时电路中的电流I2===A,
定值电阻R0的阻值为R0===60Ω;
(2)当电压表的示数为U′=1.5V时,
电路中的电流I'===,
此时压力传感器的电阻为R′=180Ω,
查表可知压力传感器受到的压力为200N,
由杠杆平衡条件F2?OA=F1?OB得
压杆受到传感器的支持力F2=F1?=F1×=200N,
所以F1=G=1000N,
物体的质量m===100kg.
答:(1)定值电阻R0的大小为60Ω;
(2)当电压表的示数是1.5V时,托板上物体的质量为100kg.
试题解析
(1)根据电压表的量程和分度值读出电压表的示数;由电路图可知,R0、R串联,电压表测R0两端的电压,根据串联电路电压特点求出R两端电压,根据欧姆定律求出电路中电流,进一步求出定值电阻R0的大小.
(2)根据欧姆定律求出电压表的示数是1.5V时电路中的电流;根据串联电路中各处的电流相等求出R的阻值,查表可知此时压力的大小,再根据杠杆的平衡条件求出物体的重力,根据G=mg求出托板上物体的质量.
点评:本题关键是欧姆定律及其变形公式的灵活运用,要知道串联电路电压的规律和杠杆的平衡条件,还要学会正确分析图象.
