Question

【題目】（題文）體感器的可以把力學(xué)物理量轉(zhuǎn)化成電學(xué)信號(hào)，然后通過相互之間的函數(shù)關(guān)系，直接引用力的大小。測(cè)量壓力大小的壓力傳感器，工作原理如圖所示，其中M、N均為絕緣材料，M、N間有可收縮的導(dǎo)線（電阻大小不計(jì)），彈簧上端和滑動(dòng)變阻器R2的滑片P固定在一起，電源電壓恒為12V，已知壓力F的大小與R2的阻值大小成正比例關(guān)系。閉合開關(guān)S，壓力F0=0時(shí)，滑片P在最上端；壓力F1=1N時(shí)，電流表示數(shù)為1A，電壓示數(shù)為3V，當(dāng)滑片P滑至最下端時(shí)，電壓表示數(shù)為7.5V．求：

（1）定值電阻R1的大�。粔毫�F1與R2阻值之比k；

（2）當(dāng)滑片P滑至最下端時(shí)，壓力F2的大��；

（3）壓力F的大小與電壓表示數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式。

Answer 1

【答案】（1）9Ω； N/Ω；（2）5N；（3）F=（N）。

【解析】

解：（1）由圖可知，電阻R1、R2串聯(lián)，電壓表測(cè)R2兩端電壓，電流表測(cè)電路中電流，

當(dāng)F1=1N時(shí)，電流表示數(shù)為1A，電壓數(shù)為3V，由串聯(lián)電路特點(diǎn)可知，此時(shí)U1=U﹣U2=12V﹣3V=9V，I1=I2=1A，

由歐姆定律可得，R1的阻值：；

此時(shí)R2連入電路的阻值：R2===3Ω，

所以壓力F1與R2阻值之比：k===N/Ω，

（2）當(dāng)滑片P滑至最下端時(shí)，變阻器連入阻值最大，電壓表示數(shù)為7.5V，

此時(shí)電路中電流：I'=I2′=I1′====0.5A，

所以R2的最大值：，

因?yàn)閴毫?/span>F的大小與R2的阻值大小成正比例關(guān)系，即：F=kR2，

所以壓力F2=N/Ω×R2最大=N/Ω×15Ω=5N；

（3）由F=kR2可得：R2==，

串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律表示電壓表示數(shù)：

UV=IR2=R2==，

，

，

化簡(jiǎn)可得：F=（N）。

答：（1）定值電阻R1為9Ω；壓力F1與R2阻值之比k為N/Ω；

（2）當(dāng)滑片P滑至最下端時(shí)，壓力F2為5N；

（3）壓力F的大小與電壓表示數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式為F=（N）。