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某物理興趣小組在課外實踐活動中,制作了一個測量質量的電子秤,其原理如圖中的虛線框所示,它主要有四部分構成:托盤和壓力杠桿ABO,定值電阻R,壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發生變化的可變電阻,它隨壓力大小的變化關系如右圖中的R-F圖線),顯示質量大小的儀表V(實質是電壓表).其中AB:BO=4:1.設托盤和杠桿組件的質量均可忽略不計,電源電壓恒為6V.(g取10N/kg)
(1)托盤上不放物體時,電壓表的示數如下圖所示,則定值電阻R的大小為多少?
(2)該電子秤能夠稱量的最大質量是多少?
(3)某同學在一玻璃缸中倒上半缸水,放在該電子秤托盤上,然后用彈簧秤通過細線豎直懸掛一物體,將物體完全浸沒在水中(物體與玻璃缸壁無接觸)后,讀得電壓表示數為2V,彈簧秤示數為F=14N,已知玻璃缸和水的總質量為M=6.0Kg.試求該物體在水中受到的浮力大。

【答案】分析:(1)由圖示電壓表讀出電壓表示數,托盤不放物體時,壓力傳感器受到的壓力為零,由R-F圖象求出此時壓力傳感器的阻值,由串聯電路特點求出壓力傳感器電壓,由歐姆定律求出電路電流,最后由歐姆定律求出定值電阻阻值.
(2)傳感器受到的壓力最大時,所測物體質量最大,由R-F圖象求出最大壓力,然后由杠桿平衡條件求出所測物體的最大質量.
(3)根據電壓表示數,由串聯電路特點及歐姆定律求出壓力傳感器接入電路的阻值,
由R-F圖象求出此時壓力傳感器受到的壓力,然后由杠桿平衡條件求出托盤的壓力,然后求出物體受到的浮力.
解答:解:(1)由圖示電壓表可知,電壓表示數U=1V,
由R-F圖象可知,此時壓力傳感器阻值R=30Ω,
壓強傳感器電壓UR=U-U=6V-1V=5V,
電路電流I===A,
∵I=,
∴電阻R===6Ω;
(2)由R-F圖象可知,壓力傳感器所能承受的最大壓力F=40N,
AB:BO=4:1,AO:BO=5:1,
由杠桿平衡條件得:F×AO=mg×BO,
則所測量的最大質量m==×=20kg;
(3)電壓表示數U′=2V,此時壓強傳感器電壓UR′=U-U′=6V-2V=4V,
∵串聯電路電流處處相等,I=,
====,
傳感器電阻阻值R=2R=2×6Ω=12Ω,
由R-F可知此時傳感器受到壓力F′=×12Ω=16N,
由杠桿平衡條件得:F′×AO=FB×BO,
即F′×AO=FB×BO,FB==16N×=90N,
物體浸在水中受到的浮力等于它對水的壓力,
由平衡條件得:FB=Mg+F,
物體受到的浮力F=FB-Mg=90N-6kg×10N/kg=30N.
答:(1)定值電阻R的大小為6Ω.
(2)該電子秤能夠稱量的最大質量是20kg.
(3)物體在水中受到的浮力大小為30N.
點評:本題難度較大,由R-F圖象找出壓力與電阻的關系、熟練應用串聯電路特點及歐姆定律、杠桿平衡條件是正確解題的關鍵.
練習冊系列答案
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(1)踏板空載時,電壓表的示數如圖所示,求定值電阻R0的大。
(2)當在踏板上放置50kg的物體時,電壓表的示數是多大?
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科目:初中物理 來源: 題型:解答題

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