Question

9．如图甲是水果自动筛选装置，原理如下：传送带上的水果经过检测点时，使压敏电阻R的阻值发生变化，AB间的电压也随之发生改变，当R₀两端电压小于一定值时，机械装置启动，将质量较小的水果推出传送带，实现自动筛选功能．已知：电源电压为12 伏，R₀=20欧姆，压敏电阻R的阻值随压力变化关系如图乙所示．

（1）根据压敏电阻R的阻值随压力变化关系图乙，当0.5千克的水果经过检测点时AB间的电压是6V．
（2）当检测点上没有水果时，电路的总电功率是多大？
（3）筛选不同等级的水果，质量标准是不同的．当质量小于0.3千克水果经过压力监测点时，R₀两端电压小于3伏，此时机械装置启动，将0.3千克以下的水果推出传送带，实现自动筛选．小明分析上述电路认为不符合要求．请你提出对电路的一种改进措施可将R₀改为可调电阻，如滑动变阻器、电阻箱，也可将变阻器与电流表串联连入电路，方便调节时观测．

Answer 1

分析 （1）水果对压敏电阻的压力和自身的重力相等，根据G=mg求出其大小，再根据表格数据得出压敏电阻的阻值，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出AB间的电压；
（2）由图乙可知当检测点上没有水果时压敏电阻的阻值，根据电阻的串联和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出电路的总电功率；
（3）先求出0.3kg的水果对压敏电阻的压力，由表格数据可知压力电阻的阻值，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出R₀两端电压，然后根据串联电路的分压特点和调节方便提出改进措施．

解答 解：（1）当0.5千克的水果经过检测点时，压敏电阻受到的压力：
F=G=mg=0.5kg×10N/kg=5N，
由表格数据可知，压敏电阻的阻值为20Ω，
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
所以，电路中电流：
I=$\frac{U}{R+{R}_{0}}$=$\frac{12V}{20Ω+20Ω}$=0.3A，
经过检测点时AB间的电压：
U_AB=IR₀=0.3A×20Ω=6V；
（2）由图乙可知，当检测点上没有水果时，压敏电阻的阻值R′=100Ω，
电路消耗的总电功率：
P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（12V）^{2}}{100Ω+20Ω}$=1.2W；
（3）0.3kg的水果对压敏电阻的压力：
F′=m′g=0.3kg×10N/kg=3N，
由表格数据可知压力电阻的阻值为30Ω，
此时电路中的电流：
I′=$\frac{U}{R″+{R}_{0}}$=$\frac{12V}{30Ω+20Ω}$=0.24A，
R₀两端电压：
U₀=I′R₀=0.24A×20Ω=4.8V＞3V，
所以，上述电路不能实现自动筛选，
可将R₀改为可调电阻，如滑动变阻器、电阻箱，也可将变阻器与电流表串联连入电路，方便调节时观测．
答：（1）6V；
（2）当检测点上没有水果时，电路的总电功率是1.2W；
（3）可将R₀改为可调电阻，如滑动变阻器、电阻箱，也可将变阻器与电流表串联连入电路，方便调节时观测．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律、电功率公式的应用，关键是根据题意得出压敏电阻受到的压力和从图象中得出相关的信息．