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某物理学习小组设计了一个机械自动拉开开关,如图1所示。该装置主要由滑轮组,重物C、铁块D、电磁铁E以及杠杆AB和控制电路组成,重物C通过细绳与动滑轮Q相连,重物C、铁块D分别通过支架固定在杠杆AB两端,支架与杠杆垂直。杠杆的B端置于水平台面上,杠杆可以绕支点O在竖直平面内逆时针转动,自动拉开开关被拉开前,杠杆在水平位置处于平衡状态,已知滑轮Q的质量为0.2kg,OA:OB=3:1,重物C、铁块D的质量分别为1.5kg和3kg,若刚好拉开开关所需的拉力T为6N,D的正上方有一电磁铁,它对D的吸引力大小F与通过的电流I的关系(如图2所示),电源电压为12V,滑动变阻器的最大阻值为20Ω,不计电磁铁电阻,不计细绳、杠杆的重力和一切摩擦,g取10N/kg.求:
(1)当控制电路上的电键S断开,杠杆B端对水平台面的压力刚好为零时,与机械自动拉开开关相连的细绳上的拉力是多少?
(2)闭合控制电路上的电键S后,当变阻器的滑片移到中点时,自动拉开开关刚好被拉开,则保护电阻R0的电阻值是多少?
【回答】
【解析】:(1)杠杆AB的B端受到的力是D的重力:FB=GD=mg=3kg×10N/kg=30N,根据杠杆平衡条件得:FA×OA=FB×OB,因为OA:OB=3:1,所以FA:FB=1:3,FA=10N,
GC=m′g=1.5kg×10N/kg=15N,GQ=m″g=0.2kg×10N/kg=2N,根据重物C静止,2T′=GQ+GC﹣FA,代入数据得:T′=3.5N。
(2)自动拉开开关刚好被拉开,说明拉力T为6N,2T=GQ+GC﹣FA′,FA′=GQ+GC﹣2T=2N+15N﹣2×6N=5N,
根据杠杆平衡条件,FA′×OA=FB′×OB,因为OA:OB=3:1,所以FA′:FB′=1:3,FB′=15N,
根据重物D静止,F引+FB′=GD,所以,F引=15N,由图象可此时电流为:0.6A。
电路总电阻:R20Ω,所以R0的电阻值为:20Ω﹣10Ω=10Ω。
(1)与机械自动拉开开关相连的细绳上的拉力是3.5N。
(2)保护电阻R0的电阻值是10Ω。
知识点:九年级下
题型:计算题
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