题目内容

9.如图所示为某科学兴趣小组同学设计的汽车模型推力检测装置,它主要是由推力接受器F和压力杠杆OCD、压力传感器D和测量电路组成,其中OC:OD=1:5,显示汽车推力的仪表是由量程为3V的电压表改装而成,D点所受压力与滑动变阻器AP段电阻R的阻值变化关系如表所示.若杠杆等推力检测装置的质量均忽略不计,滑动变阻器最大电阻R0为300Ω,电源输出电压恒为3.0V.
序号1234567
D点压力F/N051015202530
电阻R/Ω300250200150100500
(1)当滑动变阻器AP电阻R的阻值为120Ω时,D点所受压力是90牛顿?
(2)为了把电压表改装成检测C点推力大小的仪表,请计算在电压表读数为2V的地方要标注压力几牛.
(3)滑片P从A向B滑动的过程中电路消耗的电功率C
A.一直变大   B.一直变小    C.一直不变   D.先变大后变小    E.先变小后变大.

分析 (1)由上表可知,电阻每减小50Ω,D点的压力增加5N,据此求出当R=120Ω时,D点的压力FD,然后根据杠杆的平衡条件求出E通过F对C点的推力;
(2)由电路图可知,滑片移动时不能改变接入电路中的电阻,但可以改变AP部分电阻的大小,根据欧姆定律求出电路中的电流,再根据欧姆定律求出电压表的示数为2V时AP段的阻值,根据表格数据得出对应D点压力,再根据杠杆的平衡条件得出对应C点的压力;
(3)滑片P从A向B滑动的过程中电路中的电流不变,根据P=UI可知电路消耗电功率的变化.

解答 解:(1)由表中数据可得,电阻每减小50Ω,D点的压力增加5N,因此每减小10Ω,D点压力增加1N,
则当R=120Ω时,FD=18N;
根据杠杆平衡条件得:FC•OC=FD•OD,
所以,FC=$\frac{OD}{OC}$FD=5FD=5×18N=90N;
(2)由电路图可知,滑片移动时不能改变接入电路中的电阻,但可以改变AP部分电阻的大小,
则电路中的电流:
I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{3.0V}{300Ω}$=0.01A,
当电压表的示数为2V时,AP段的阻值:
RAP=$\frac{{U}_{AP}}{I}$=$\frac{2V}{0.01A}$=200Ω,
由表格数据可知,对应D点压力FD′=10N,
根据杠杆的平衡条件可得,对应C点的压力:
FC′=$\frac{OD}{OC}$FD′=5FD′=5×10N=50N;
(3)滑片P从A向B滑动的过程中电路中的电流不变,由P=UI可知,电路消耗电功率不变.
答:(1)90;
(2)电压表读数为2V的地方要标注压力50牛;
(3)C.

点评 本题巧妙地将电学知识与杠杆结合在一起,考查了杠杆平衡及电路的相关知识,有一定的难度.

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