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压力传感器是电子秤中的测力装置,可视为阻值随压力而变化的压敏电阻。小刚从某废旧电子秤上拆下一个压力传感器,探究其阻值与所受压力大小(不超过250N)的关系,如图是小刚设计的实验电路图。电源电压恒定,R0为定值电阻,R1为压力传感器。
(1)连接电路时开关应 ,电路中R0的作用是 。
(2)闭合开关,发现电流表无示数,电压表示数接近电源电压,电路出现的故障是 ;排除故障后,逐渐增大R1受到的压力,闭合开关,读出电流表和电压表的示数,计算出对应的R1的阻值,记录如表,第5次测深时,电压表示数为4V.电流表示数为0.2A.此时R1的阻值为 欧。请根据表中的数据在图2中画出R1随F变化的关系图象。
次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
F/N | 0 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 |
R1/Ω | 60 | 50 | 40 | 30 | 10 |
(3)通过实验探究可归纳出,R1的阻值随压力F大小变化的关系式为 ,当R的阻值为32时,R1上受到的压力是 N,若此压力为压力传感器在电子称正常工作时受到的压力,则电子秤应显示 kg。
【回答】
(1)断开;保护电路;(2)R1断路;20;(3)R1=60﹣0.2F;140;14。
【解析】(1)为了保护电路,连接电路时,开关应断开;
因为串联电阻起分压作用,所以电路中串联电阻R0是为了保护电路;
(2)电流表无示数,电路发生断路,电压表等于电源电压,则与电压表并联的电阻丝R1断路;
根据欧姆定律I=知,
第5次电阻值为:R1===20Ω;
把压力大小作为横坐标,把电阻大小作为纵坐标,在坐标系中描点连线即可得压敏电阻R1的阻值随压力F的大小变化的图象,如图:
(3)根据R1的阻值随压力F的大小变化的图象可知,压敏电阻R1的阻值与压力F成一次函数关系,设它们的关系式为R1=kF+b﹣﹣﹣﹣①。
把F=50N,R1=50Ω和F=100N,R1′=40Ω代入①式可得:
50=50k+b﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,40=100k+b﹣﹣﹣③
联立方程②③可得:k=﹣0.2,b=60,
所以它们的关系式为R1=60﹣0.2F;
把R=32Ω代入R1=60﹣0.2F,即32=60﹣0.2F,
解得F=140N,
因为压力等于重力,所以G=F=140N,
物体的质量:m===14kg。
知识点:欧姆定律单元测试
题型:计算题
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