Question

7．小強(qiáng)利用壓力傳感器、電磁繼電器、阻值可調(diào)的電阻R等元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)汽車(chē)超載自動(dòng)報(bào)警電路，如圖甲所示．他了解到這種壓力傳感器所受壓力越大時(shí)，輸出的電壓U就越大，二者的關(guān)系如圖乙所示．閉合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)繼電器線圈中電流大于或等于20mA時(shí)，銜鐵被吸合．已知傳感器的輸出電壓U即為繼電器控制電路的電源電壓，線圈的電阻為20Ω．
（1）車(chē)輛不超載時(shí)，工作電路中綠燈亮；當(dāng)傳感器所受壓力增大到一定程度時(shí)，紅燈亮，說(shuō)明汽車(chē)超載．請(qǐng)你判斷燈L₂ （選填“L₁”或“L₂”）是紅燈．
（2）某水平公路橋禁止質(zhì)量大于或等于20t的車(chē)輛通行，要用小強(qiáng)設(shè)計(jì)的裝置為此橋報(bào)警，R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為多少？g取10N/kg．
（3）在水平路面上，要使該裝置報(bào)警，通過(guò)車(chē)輛的最小重力為多少？
（4）請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)，說(shuō)明超載的一項(xiàng)危害．

Answer 1

分析 （1）分析清楚電路結(jié)構(gòu)，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)分析答題．
（2）車(chē)對(duì)水平地面的壓力等于它的重力，由圖象求出壓力傳感器的阻值，然后由串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律求出R阻值．
（3）由數(shù)據(jù)可知，汽車(chē)重力越小，壓力傳感器輸出電壓越小，根據(jù)電磁繼電器銜鐵閉合的最小電流和線圈電阻，利用歐姆定律知識(shí)就可以求出最小輸出電壓，再對(duì)照?qǐng)D象就可以找到對(duì)應(yīng)的壓力值，就是汽車(chē)重力的大�。�
（4）根據(jù)對(duì)超載危害的了解分析答題．

解答 解：（1）由圖示可知，車(chē)輛不超載時(shí)，銜鐵接上端，L₁亮，車(chē)輛超載時(shí)，銜鐵接下端，L₂亮，由題意知，L₂是紅燈．
（2）車(chē)對(duì)水平地面的壓力F=G=mg=20×10³kg×10N/kg=2×10⁵N，
由圖象可知，此時(shí)的輸出電壓U=1V，
I=$\frac{U}{R}$，
電路總電阻：
R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{1V}{0.02A}$=50Ω，
電阻R的阻值：
R=R_總-R_線圈=50Ω-20Ω=30Ω；
（3）使電磁繼電器銜鐵閉合的最小電流I=20mA=0.02A，繼電器線圈的電阻R_線=20Ω
由I=$\frac{U}{R}$，可得：
要使該裝置報(bào)警，壓力傳感器輸出的電壓最小值為
U₀=IR_線圈=0.02A×20Ω=0.4V，
由圖象可知，此時(shí)壓力傳感器受到的壓力，即車(chē)輪的最小重力：
F′=0.8×10⁵N=8×10⁴N；
（4）超載的汽車(chē)質(zhì)量大，慣性大，急剎車(chē)后滑行距離大，容易出交通事故．
答：（1）L₂；
（2）R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為30Ω；
（3）在水平路面上，要使該裝置報(bào)警，通過(guò)車(chē)輛的最小重力為8×10⁴N；
（4）超載的汽車(chē)質(zhì)量大，慣性大，急剎車(chē)后滑行距離大，容易出交通事故．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了判斷哪個(gè)是紅燈、求電阻阻值、求壓力等問(wèn)題，分析清楚電路結(jié)構(gòu)、由圖象獲取所需信息、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律、G=mg即可正確解題．