Question

有一種電子秤的原理如圖，它主要由三部分構(gòu)成：踏板和壓力杠桿ABO，壓力傳感器R（電阻值會(huì)隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻），顯示重力大小的儀表（實(shí)質(zhì)是電流表）．其中AO長(zhǎng)20厘米，BO長(zhǎng)5厘米，壓力傳感器R的阻值與所受壓力的關(guān)系如下表所示．

壓力F/牛	0	50	100	150	200	250	300	…
電阻R/歐	30	27	24	21	18	15	12	…

踏板和杠桿組件的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，電源電壓為6伏．
（1）重300牛的學(xué)生站在踏板上時(shí)，雙腳與踏板的接觸面積為0.04米²，此時(shí)對(duì)踏板的壓強(qiáng)為多少帕？
（2）電子秤開機(jī)后，沒有秤量物體時(shí)壓力傳感器R消耗的電功率為多少瓦？
（3）當(dāng)重300牛的學(xué)生站在踏板上時(shí)，通過壓力傳感器R的電流為______安．（答案保留兩位小數(shù)）
（4）電子秤的電池使用較長(zhǎng)時(shí)間后，電源電壓會(huì)降低，為了保證秤量準(zhǔn)確，則踏板觸點(diǎn)B應(yīng)向______方向移動(dòng)．

Answer 1

解：（1）學(xué)生對(duì)踏板的壓力：
F=G=300N，
對(duì)踏板的壓強(qiáng)：
p===7500Pa；
（2）沒有秤量物體時(shí)，壓力傳感器受到的壓力為0，由表格數(shù)據(jù)可知壓力傳感器的電阻R=30Ω，
壓力傳感器R消耗的電功率：
P===1.2W；
（3）當(dāng)重300牛的學(xué)生站在踏板上時(shí)，
由杠桿平衡條件得：F×AO=F′×BO，
F=F′=G′=×300N=75N，
由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)壓力增大50N時(shí)壓力傳感器的電阻減小3N，
∴75N時(shí)壓力傳感器的電阻等于27Ω減去3Ω的一半，即R′=27Ω-Ω=25.5Ω，
根據(jù)歐姆定律可得，此時(shí)通過壓力傳感器R的電流：
I==≈0.24A；
（4）電子秤的電池使用較長(zhǎng)時(shí)間后，電源電壓會(huì)降低，會(huì)造成電路中的電流變小，
根據(jù)歐姆定律可知，壓力傳感器的電阻變大，要想減小壓力傳感器的電阻，應(yīng)增大壓力，
根據(jù)杠桿平衡條件可知，應(yīng)把踏板觸點(diǎn)B向左或A方向移動(dòng)．
答：（1）此時(shí)對(duì)踏板的壓強(qiáng)為7500帕；
（2）電子秤開機(jī)后，沒有秤量物體時(shí)壓力傳感器R消耗的電功率為1.2瓦；
（3）0.24；
（4）左或A．
分析：（1）學(xué)生對(duì)踏板的壓力和自身的重力相等，根據(jù)壓強(qiáng)公式求出此時(shí)對(duì)踏板的壓強(qiáng)；
（2）沒有秤量物體時(shí)，壓力傳感器受到的壓力為0，由表格數(shù)據(jù)可知壓力傳感器的電阻，根據(jù)P=求出R消耗的電功率；
（3）當(dāng)重300牛的學(xué)生站在踏板上時(shí)，根據(jù)杠桿的平衡條件求出壓力傳感器受到的壓力，由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)壓力增大50N時(shí)壓力傳感器的電阻減小3N，據(jù)此求互此時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻，利用歐姆定律求出通過壓力傳感器R的電流；
（4）電子秤的電池使用較長(zhǎng)時(shí)間后，電源電壓會(huì)降低，會(huì)造成電路中的電流變小，根據(jù)歐姆定律可知，壓力傳感器的電阻變大，要想減小壓力傳感器的電阻，應(yīng)增大壓力，根據(jù)杠桿的平衡條件判斷踏板觸點(diǎn)移動(dòng)的方向．
點(diǎn)評(píng)：本題中主要考查了壓強(qiáng)和電功率的計(jì)算、歐姆定律的應(yīng)用、杠桿平衡條件的應(yīng)用等，具有一定的綜合性，理解這一裝置的工作原理，是解決此題的前提，對(duì)我們分析題意的能力要求較高．