Question

【題目】小麗設(shè)計(jì)了一個(gè)防踩踏模擬報(bào)警裝置，工作原理如圖甲所示。ABO為一水平杠桿，O為支點(diǎn)，AB：OB=4：1，當(dāng)水平踏板所受壓力增大，電壓表示數(shù)達(dá)到6V時(shí)，報(bào)警器R0開(kāi)始發(fā)出報(bào)警信號(hào)。已知電路中電源電壓為8V，R0的阻值恒為15Ω，壓力傳感器R固定放置，其阻值隨所受壓力F變化的關(guān)系如圖乙所示，踏板、壓桿和杠桿的質(zhì)量均忽略不計(jì)。試問(wèn)：

（1）當(dāng)踏板空載時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)，電壓表的示數(shù)為多少______？

（2）當(dāng)報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警時(shí)，踏板設(shè)定的最大壓力值為多少 __________？

（3）若電源電壓可調(diào)，略有調(diào)高，為保證報(bào)警器仍在踏板原設(shè)定的最大壓力值時(shí)報(bào)警，則踏板觸點(diǎn)B應(yīng)向_____（選填“左”或“右”）移動(dòng)并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由________。

Answer 1

【答案】 3V 40N 右 見(jiàn)解析所示

【解析】解：

（1）閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，壓力傳感器和報(bào)警器串聯(lián)，由圖乙可知當(dāng)踏板空載時(shí)，壓力傳感器的電阻為R=25Ω，

此時(shí)電路中的電流：，,

由可得，報(bào)警器兩端的電壓：

U0=IR0=0.2A×15Ω=3V，即電壓表示數(shù)為3V；

（2）報(bào)警器R0開(kāi)始發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)，U0′=6V，

此時(shí)電路中的電流：，

傳感器兩端的電壓：U傳=U﹣U0′=8V﹣6V=2V，

傳感器的阻值：，

由圖象可知，當(dāng)傳感器的阻值為5Ω時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力為8N，

由題知，ABO為一水平杠桿，O為支點(diǎn)，AB：OB=4：1，則OA：OB=5：1，

根據(jù)杠桿平衡條件可得：F壓×OA=F踏×OB，即8N×5=F踏×1，

解得F踏=40N，即踏板設(shè)定的最大壓力值為40N；

（3）一段時(shí)間以后電源電壓略有調(diào)高，R0兩端分得的電壓增大，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可知，應(yīng)增大壓敏電阻分擔(dān)的電壓，保證R0兩端分得的電壓不變，此時(shí)就應(yīng)該增大壓敏電阻的阻值，因電阻值隨所受壓力的增大而減小，所以應(yīng)該減小壓桿對(duì)傳感器的壓力，由杠桿平衡條件F壓×OA=F踏×OB可知，OA不變，F踏不變，所以F壓和OB成正比，要減小壓桿對(duì)傳感器的壓力，應(yīng)減小OB，即把踏板觸點(diǎn)B向右移動(dòng)。

答：（1）當(dāng)踏板空載時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)，電壓表的示數(shù)為3V；

（2）當(dāng)報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警時(shí)，踏板設(shè)定的最大壓力值為40N；

（3）右；理由見(jiàn)解答。