Question

1．如圖甲所示，電源電壓U=6V，S為單刀雙擲開關(guān)，小燈泡L的電阻R_L=6Ω，R為某種壓敏電阻，其阻值R與壓力F成反比關(guān)系，（如圖乙所示），R的正上方裝有一電磁鐵P，其線圈電阻不計(jì)．
（1）在R上水平放置質(zhì)量為1kg的鐵制品，開關(guān)接a，通過小燈泡的電流為多大？小燈泡兩端的電壓為多少伏？
（2）在R上水平放置質(zhì)量為3kg的鐵制品，開關(guān)接b，電壓表穩(wěn)定后的示數(shù)為4V，則此時(shí)壓敏電阻的阻值為多少歐？電磁鐵P對(duì)鐵制品的吸引力為多少牛？

Answer 1

分析 （1）由甲電路圖可知，開關(guān)接a時(shí)，L與R串聯(lián)，電壓表測(cè)L兩端的電壓，電磁鐵無磁性，在R上水平放置質(zhì)量為1kg的鐵制品時(shí)，壓敏電阻受到的壓力和鐵制品的重力相等，根據(jù)F=G=mg求出其大小，根據(jù)圖乙可知壓敏電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流即為通過小燈泡的電流，再根據(jù)歐姆定律求出小燈泡兩端的電壓；
（2）由甲電路圖可知，開關(guān)接a時(shí)，L與R串聯(lián)，電壓表測(cè)L兩端的電壓，電磁鐵有磁性，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出壓敏電阻兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出壓敏電阻的阻值，由圖乙可知壓敏電阻受到壓力和阻值的關(guān)系，進(jìn)一步求出壓敏電阻受到的壓力，鐵制品的重力減去壓敏電阻受到的壓力即為電磁鐵P對(duì)鐵制品的吸引力．

解答 解：（1）由甲電路圖可知，開關(guān)接a時(shí)，L與R串聯(lián)，電壓表測(cè)L兩端的電壓，電磁鐵無磁性，
在R上水平放置質(zhì)量為1kg的鐵制品時(shí)，因水平面上物體的壓力和自身的重力相等，
所以，R上受到的壓力：F=G=mg=1kg×10N/kg=10N，
由圖乙可知，當(dāng)F=10N時(shí)，電阻R=6Ω，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，通過小燈泡的電流即電路中電流：
I=$\frac{U}{{R}_{L}+R}$=$\frac{6V}{6Ω+6Ω}$=0.5A，
小燈泡兩端的電壓：U_L=IR_L=0.5A×6Ω=3V；
（2）由甲電路圖可知，開關(guān)接b時(shí)，L與R串聯(lián)，電壓表測(cè)L兩端的電壓，電磁鐵有磁性，
此時(shí)電路中的電流：I′=$\frac{{U}_{L}′}{{R}_{L}}$=$\frac{4V}{6Ω}$=$\frac{2}{3}$A，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，壓敏電阻兩端的電壓：U_R′=U-U_L′=6V-4V=2V，
則壓敏電阻的阻值：R′=$\frac{{U}_{R}′}{I′}$=$\frac{2V}{\frac{2}{3}A}$=3Ω，
由圖象知，當(dāng)R′=3Ω時(shí)，壓力F′=20N，根據(jù)相互作用力知識(shí)可得F_支=F′=20N，
3kg鐵制品的重力：G′=m′g=3kg×10N/kg=30N，
電磁鐵P對(duì)鐵制品的吸引力：F′=G′-F_支=30N-20N=10N．
答：（1）在R上水平放置質(zhì)量為1kg的鐵制品，開關(guān)接a，通過小燈泡的電流為0.5A，小燈泡兩端的電壓為3V；
（2）在R上水平放置質(zhì)量為3kg的鐵制品，開關(guān)接b，此時(shí)壓敏電阻的阻值為3Ω，電磁鐵P對(duì)鐵制品的吸引力為10N．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用，從圖象中得出壓敏電阻阻值和壓力的關(guān)系是解決問題的關(guān)鍵．