Question

13．如圖甲是利用壓敏電阻的特性來測算壓力大小的電路裝置，其構(gòu)造有托盤、壓力傳感器R、電流計G（量程0～600mA），托盤質(zhì)量忽略不計．
（1）該壓敏電阻隨壓力的變化關(guān)系式為：R=100-20F（F和R的單位分別是N和Ω），當不稱重時，電流計示數(shù)是60mA，則電源電壓是多少？
（2）某次測量一物體時，電流計示數(shù)為500mA，物體與托盤的接觸面積為4cm²，則物體對托盤的壓強是多少？

（3）在電路中串聯(lián)定值電阻可以起到保護電路的作用，如圖乙．當電阻Rˊ接入后，該裝置所測的壓力范圍將變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，壓力傳感器R和電流計G串聯(lián)，不稱重時，托盤受到的壓力為0，根據(jù)壓敏電阻隨壓力的變化關(guān)系式R=100-20F求出阻值，根據(jù)歐姆定律求出電源的電壓；
（2）根據(jù)歐姆定律求出電流計示數(shù)為500mA時傳感器的電阻，根據(jù)R=100-20F求出物體對托盤的壓力，利用p=$\frac{F}{S}$求出物體對托盤的壓強；
（3）壓敏電阻受到的壓力大于最大稱量時，電流表有燒壞的可能，據(jù)此判斷串聯(lián)定值電阻的作用；當電路中接入電阻R′后，可利用串聯(lián)電路電阻的特點，判斷出電路中電阻的變化，再利用歐姆定律判斷出電路中電流的變化，從而可以判斷出該裝置所測的壓力范圍的變化．

解答 解：（1）不稱重時，F(xiàn)=G=0N，則壓力傳感器R的阻值（即電路的電阻）為：
R=100-20F=100-20×0N=100Ω，
電路中的電流：
I=60mA=0.06A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，電源的電壓：
U=IR=0.06A×100Ω=6V；
（2）當電路中的電流I′=500mA=0.5A時，壓敏電阻的阻值：
R′=$\frac{U}{I′}$=$\frac{6V}{0.5A}$=12Ω，
由R=100-20F可得，物體對托盤的壓力：
F′=$\frac{100-R}{20}$=$\frac{100-12}{20}$N=4.4N，
物體對托盤的壓強：
p=$\frac{F′}{S}$=$\frac{4.4N}{4×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=1.1×10⁴Pa；
（3）由R=100-20F可知，當壓力增大時，電阻變��；壓敏電阻受到的壓力大于最大稱量時，電流表有燒壞的可能，所以串聯(lián)定值電阻有保護電路的作用；
當電路中接入電阻R′后，壓力傳感器R和電阻Rˊ串聯(lián)，則電路中的總電阻變大，由公式I=$\frac{U}{R}$可知電路中的電流變小，壓敏電阻受到的壓力變大，該裝置所測的壓力范圍變大．
答：（1）電源電壓是6V；
（2）物體對托盤的壓強是1.1×10⁴Pa；
（3）保護電路；變大．

點評 本題考查了電壓和壓強的計算以及稱量量程的判斷等，利用好“R=100-20F”是關(guān)鍵，計算過程要注意單位的換算．