题目内容

如图甲所示为测量血压的压力传感器在工作时的示意图,薄金属片P固定有4个电阻R1、R2、R3、R4,如图乙,左边是它的侧面图,这4个电阻连接成电路如图丙所示,试回答下列问题:
(1)开始时,金属片中央O点未加任何压力,欲使电压表无示数,则4个电阻应满足怎样的关系?并证明之.
(2)当O点加一个压力F后发生形变,这时4个电阻也随之发生形变,形变后各电阻大小如何变化?
(3)电阻变化后,电路A、B两点中哪点电势较高?它为什么能测血压?
分析:(1)本题是电路中A、B两点间电压与4个电阻的关系,由于电压表的电阻可看作无穷大,因此本电路是R1、R2的串联电路与R3、R4的串联电路并联,电压表测AB之间的电势差值,要使电压表的示数为0V,则R1与R3两端的电压相等、R3与R4两端的电压相等,根据串联电路的分压特点得出满足的关系;
(2)当O点加垂直于金属片的压力后,金属片发生形变,由于电阻是固定在金属片上的,因此R1、R4被拉长,R2、R3被拉宽,根据电阻定律判断各电阻的变化;
(3)根据各电阻的变化分析电势降的变化,然后判断AB两点的电压关系,然后根据电路的工作特点说明它能测血压的原因.
解答:解:(1)电路图中,由于电压表的电阻可看作无穷大,因此本电路是R1、R2的串联电路与R3、R4的串联电路并联,电压表电路相当于一根电桥,
要使伏特表无读数,即A、B两点电势相等,即
U1
U2
=
U3
U4
,
∵串联电路中电阻分得的电压与电阻成正比,
∴
R1
R2
=
R3
R4
.
(2)当O点加垂直于金属片的压力后,金属片发生形变,由于电阻是固定在金属片上的,
因此R1、R4被拉长,R2、R3被拉宽,根据电阻定率,则R1、R4增大,R2、R3减小,
显然,这时A、B两点电压不再相等.
(3)电阻增大,电压降增大,电阻减小,电压降减小,
故在R1、R2的串联电路上R1上的电压降增大,R3、R4串联电路上R3电压降减小,
所以A点电压高于B点电压.
测量血压时,血压越高,压力F越大,金属片形变越显著,电阻变化越大,因而电压表示数越大,于是就能根据电压表示数的大小来测量血压的高低了.当然在实际上由于金属片形变较小,所以电阻变化也较小,A、B两点间电压还要经过放大才能通过电表指示出来,有的还可以转换成数字显示出来.
答案:(1)
R1
R2
=
R3
R4
.
(2)R1、R4增大,R2、R3减小;
(3)A点电压高于B点电压;压力F越大,金属片形变越显著,电阻变化越大,因而电压表示数越大,于是就能根据电压表示数的大小来测量血压的高低了.
点评:本题考查了欧姆定律、串联电路的分压特点、电阻定律等内容,明白题意是解决问题的关系.
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