如圖*所示是某壓力測力計的電路原理示意圖,圖中電源電壓為6V(保持不變);定值電阻R0的規格是“520Ω 0....
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問題詳情:
如圖*所示是某壓力測力計的電路原理示意圖,圖中電源電壓為6V(保持不變);定值電阻R0的規格是“520Ω 0.01A”,起保護電路的作用;測力顯示器是由電流表改裝成的(電阻忽略不計),R是一種新型電子元件,其阻值R隨壓力F大小變化的關係如圖乙所示.求:
(1)R0允許消耗的最大功率是多少?
(2)通過分析圖乙,請直接寫出電子元件的阻值R隨壓力F變化的關係式.
(3)該測力計所能測量的最大壓力是多少?
(4)若要增大該測力計所能測量的最大壓力,請寫出一種改進方法.
【回答】
【考點】電路的動態分析;歐姆定律的應用.
【分析】(1)由定值電阻的規格可知允許通過的最大電流,根據P=I2R求出R0上允許消耗的最大功率;
(2)由圖乙可知,電子元件的阻值R與壓力F的關係為一次函式,設出表示式,從圖象中讀出兩組資料代入得出表示式;
(3)根據滑動變阻器允許通過的最大電流可知電路中的最大電流,根據歐姆定律求出電路中的總電阻,利用電阻的串聯求出R的阻值,然後代入電子元件的阻值R隨壓力F變化的關係式求出該測力計所能測量的最大壓力;
(4)由R隨壓力F變化的關係式,若要增大該測力計的量程,應從如何減小R的電阻值上分析解答.
【解答】解:(1)定值電阻R0的規格可知,電阻R0允許通過的最大電流I0=0.01A,
則R0允許消耗的最大功率:
P0=I02R0=(0.01A)2×520Ω=0.052W;
(2)由圖乙可知,電子元件的阻值R與壓力F的關係為一次函式,設為R=kF+b,
由圖象可知,當F=0時R=200Ω,當F=50N時R=180Ω,則
200Ω=k×0N+b,180Ω=k×50N+b,
聯立等式可得:b=200Ω,k=﹣0.4Ω/N,
電子元件的阻值R隨壓力F變化的關係式R=﹣0.4Ω/N×F+200Ω;
(3)電路中的最大電流I0=0.01A,由I=可得,電路中的總電阻:
R總===600Ω,
因串聯電路中總電阻等於各分電阻之和,
所以,R的最小阻值:
R=R總﹣R0=600Ω﹣520Ω=80Ω,
此時R上的壓力最大,則
80Ω=﹣0.4Ω/N×F+200Ω,
解得F=300N;
(4)要增大該測力計的量程,由F=知,應減小R值,
電路中的電壓一定時,最大電流也一定,總電阻不變,可以增大R0的阻值從而減小R的阻值;
電流一定時,也可以減小總電阻,從而減小R值,可以減小電源的電壓從而減小電路中的總電阻.
答:(1)R0允許消耗的最大功率是0.052W;
(2)電子元件的阻值R隨壓力F變化的關係式為R=﹣0.4Ω/N×F+200Ω;
(3)該測力計所能測量的最大壓力是300N;
(4)若要增大該測力計的量程,可以增大R0的阻值,也可以減小電源的電壓.
知識點:電功率單元測試
題型:計算題
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