题目内容

【题目】某款水位自动测控仪的测量原理如图甲所示,电源电压U恒为15V,定值电阻R0=10ΩR1为一竖直固定光滑金属棒,总长40cm,阻值为20Ω,其接入电路的阻值与对应棒长成正比。弹簧上端固定,滑片P固定在弹簧下端且与R1接触良好,滑片及弹簧的阻值、重力均不计。圆柱体M通过无伸缩的轻绳挂在弹簧下端,重80N,高60cm,底面积为100cm2.当水位处于最高位置A时,M刚好浸没在水中,此时滑片P恰在R1最上端;当水位降至最低位置B时,M的下表面刚好离开水面。已知弹簧所受拉力F与其伸长量的关系如图乙所示。闭合开关S,试问:

(1)当水位处于位置A时,电压表的示数为_____V

(2)水位由位置A降至B这一过程,电压表的示数变化了_____V(已知ρ=1.0×103kg/m3g10N/kg)。

【答案】10 5

【解析】

由电路图可知,R0R1串联,电压表测R1两端的电压。

[1]当水位处于位置A时,滑片PR1最上端,此时R1=20Ω,根据串联电路的电阻特点可知,电路的总电阻

电路中的电流

得,R1两端的电压

即电压表示数为10V

[2]当水位处于位置A时,M刚好浸没,排开水的体积

M受到的浮力

则弹簧受到的拉力

由图乙可知,当F1=20N时,弹簧的伸长量

当水位降至位置B时,M的下表面刚好离开水面,所受浮力为零,则此时弹簧受到的拉力

由图乙可知,当F2=80N时,弹簧的伸长量

所以,水位由位置A降至B这一过程中,弹簧的长度增加量

当水位降至位置B时,R1接入电路的长度

因为R1接入电路的阻值与对应的棒长成正比即

所以,此时R1接入电路的阻值

此时电路中的电流

得此时R1两端的电压

即此时电压表示数为5V,所以电压表的示数变化量

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