题目内容
【题目】(题文)某物理兴趣小组设计了一个压力报警装置,工作原理如图所示。ABO为一水平杠杆,OA长120cm,O为支点,AB:OB=5:1;已知报警器R0的阻值恒为10Ω,压力传感器R固定放置,R的阻值随所受压力F变化的关系如表所示。闭合开关S,水平踏板空载时,电压表的示数为2V;当水平踏板所受压力增大,电压表示数达到5V时,报警器R0开始发出报警信号。踏板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。求:
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(1)电源电压为多少?
(2)当报警器开始报警时,踏板设定的最大压力值为多少?
(3)若电源电压变为14V,为保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警,应在杠杆上水平调节踏板触点B的位置。试计算说明触点B应向哪个方向移动多少厘米?
【答案】(1)11V;(2)150N;(3)8cm。
【解析】
如图,压力传感器和报警器串联,电压表与报警器并联。
(1)闭合开关S,水平踏板空载时,即压力为0时,电压表的示数为2V,
此时电流为:
,
由表格数据知,压力为0时压敏电阻的阻值为45Ω,则压敏电阻两端的电压为:
,
所以电源电压为:
;
(2)电压表示数达到5V时,报警器R0开始发出报警信号,此时电流为:
,
根据串联电路电压特点得,此时压敏电阻两端的电压为:
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压敏电阻的阻值为:
,
由表格知,12Ω时压敏电阻受到的压力为:25N,即
;
OA长120cm,AB:OB=5:1,可得:
,
根据杠杆平衡条件得:![]()
即:
,
所以踏板设定的最大压力值为150N;
(3)若电源电压变为14V,报警时报警器两端电压仍为5V,电流仍为0.5A,则压敏电阻的阻值为:
,
由表格知,此时压敏电阻受到的压力为15N;
要保证报警器仍在踏板原设定的最大压力值时报警,根据杠杆平衡条件得:
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即:
,
所以B应向左移动,移动的距离为:
。
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