【題目】載人飛船在太空中飛行時,由于處在真空環(huán)境,它的艙門必須具有良好的密封性。為了檢驗飛船艙門的密封性能,科研人員采用了如下的方法:將待檢驗的飛船艙體M置于一個不漏氣的集氣空腔N中,如圖甲所示。先對艙體M充入壓強為1.0×105Pa的空氣,然后,把集氣空腔N抽成真空。若艙門漏氣,一段時間后便會有氣體從艙體M進入集氣空腔N中,艙體M中的壓強將減小,集氣空腔N中的壓強將增大。為了測量艙體M和集氣空腔N中的壓強,科研員設計了如圖甲所示電路,其中RM、RN是兩個完全相同的壓敏電阻(其電阻值會隨所受壓強大小發(fā)生變化的可變電阻)。已知艙體M的容積為V,集氣空腔N真空部分的容積為4V,飛船艙門的面積是0.6m2,不計艙體M器壁的體積,整個過程溫度不變。電路中R0的阻值為10Ω,電源電壓為12V。壓敏電阻RM、RN的阻值隨氣體壓強變化的關系如表:

壓敏電阻受到的氣壓(×105Pa

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

壓敏電阻對應的電阻值(Ω

50

40

30

22

15

12

10

8

6

5

4

試求:

(1)若艙門不漏氣,且單刀雙擲開關Sb時,電路中電流表和電壓表的示數(shù)分別是多少?

(2)實驗表明,一定質量的氣體在溫度不變的況下,壓強隨體積的變化如圖乙所示。若空氣從艙體M中逸出,經(jīng)過一定的時間后,M、N中的壓強相等。若開關S接在a處,則此時整個電路消耗的總功率多大?

(3)在檢驗過程中的某時刻,開關接a時電壓表的示數(shù)為Ua、壓敏電阻RM的功率為PM,開關接b時電壓表的示數(shù)為Ub、壓敏電阻RN的功率為PN,若Ua2Ub,且PM:PN3:2,則此時艙門內外受到的壓力差是多少?

【答案】(1) 0.2A; 2V;(2) 3.6W(3) 1.8×104N

【解析】

(1)當單刀雙擲開關Sb時,RNR0串聯(lián),電壓表測R0兩端的電壓,電流表測電路中的電流;艙門不漏氣時, RN受到的氣壓為0Pa,由表格數(shù)據(jù)可知, RN=50Ω,因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,所以,電路中電流表的示數(shù)

IN===0.2A

電流表的示數(shù)為0.2A。

電壓表的示數(shù)

U0=INR0=0.2A×10Ω=2V

電壓表的示數(shù)為2V。

(2)M、N中的氣體壓強相等時,氣體的體積變?yōu)?/span>5V,由圖乙可知,MN中的氣壓值均為0.2×105Pa,查表可知,此時RM、RN的電阻值均為30Ω,開關S接在a處,RMR0串聯(lián),則此時整個電路消耗的總功率

P===3.6W

整個電路消耗的總功率3.6W

(3)I=可得,電壓表的示數(shù)之比

===

P=I2R可得

== ()2×=()2×=

解得:RM=RN,因電壓一定時,電流與電阻成反比,所以

===

解得:RN=40Ω,RM= RN =×40Ω=15Ω,由表格數(shù)據(jù)可知,M中的氣壓PM=0.4×105Pa,N中的氣壓PN=0.1×105Pa,此時艙門受到的內外壓力差

F=pS=(0.4×105Pa0.1×105Pa)×0.6m2=1.8×104N

艙門受到的內外壓力差是1.8×104N。

答:(1)若艙門不漏氣,且單刀雙擲開關Sb時,電路中電流表為0.2A,電壓表的示數(shù)是2V;

(2)開關S接在a處,整個電路消耗的總功率為3.6W;

(3)此時艙門內外受到的壓力差是1.8×104N。

練習冊系列答案
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(1)該實驗中硬紙板顯示出:反射光線與入射光線_______兩側.

(2)該實驗中硬紙板NOF向前折或向后折是為了確定反射光線、入射光線、法線是否______

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