题目内容
【题目】建设居民楼雨水蓄水系统是镇江市海绵城市建设项目之一,让市民不再“城市看海”.图1是小明设计的地下蓄水池(未画出)水位监测及排水电路:R为电阻箱,RF为置于池底的压力敏感电阻,其阻值随上方水的压力的变化而变化.已知:电压U=12 V;当电磁铁线圈中的电流I≤0. 04 A时,铁质开关K被释放,当I≥0. 048 A时K被吸上,从而通过控制池底水泵将水位保持一定的范围内;电磁铁线圈电阻不计,RF的阻值随池内水位变化关系如图所示.
(1)当池内水位升高时,RF受到的压力将变__________.
(2)请在如图中接入一电压表,要求当水位升高时电压表示数增大.______
(3)若此电路能控制池内的最低水位为0. 5 m,求所能控制的最高水位.____
(4)为既能调高池内最高水位,又能使池内最高与最低水位的高度差保持不变,小明采取 了减小R的调节方案.该方案是____(选填“可行”或“不可行” )的,你的理由 是______________________.
【答案】 大 见解析 1m 不可行
【解析】 (1)当池内水位升高时,根据p=ρgh可知,水对压敏电阻RF的压强变大,由F=pS可知,水对RF的压力变大;(2)图1控制电路中,R、电磁铁、RF串联;根据图2可知,当水位升高时,压力敏感电阻的阻值会变大,由串联分压原理可知,RF两端的电压相应的会变大,所以电压表应并联在压力敏感电阻的两端,如下图所示:
(3)根据图2可知,水位为0.5m时,RF=200Ω,此时控制电路的总电阻最小,所以电路中的电流最大,此时电路中的电流I=0.048A,由I=可得,电路中的总电阻:R总==250Ω,根据串联电路的电阻特点可得,电阻箱连入电路的电阻值:R=R总RF=250Ω200Ω=50Ω,根据题意可知,当电流达到I′=0.04A时,铁质开关K被释放,排水电路开始排水,此时控制电路中的总电阻:R′总==300Ω,此时RF的阻值:R′F=R′总R=300Ω50Ω=250Ω,由图2可知,此时的最高水位为1m;(4)当R的阻值调小时,由于控制电路中释放或吸上铁质开关的电流值不变,则控制电路对应的总电阻不变,由RF=R总R可知,RF1和RF2的阻值都会增大,所以池内最高水位也会增大,但是最高和最低水位时,RF的对应的阻值差(RF1RF2)却保持不变,由图象可知池内最高与最低水位的高度差△H会增大,所以此方案不可行。