Question

9．如圖甲是水果自動(dòng)篩選裝置，原理如下：傳送帶上的水果經(jīng)過檢測點(diǎn)時(shí)，使壓敏電阻R的阻值發(fā)生變化，AB間的電壓也隨之發(fā)生改變，當(dāng)R₀兩端電壓小于一定值時(shí)，機(jī)械裝置啟動(dòng)，將質(zhì)量較小的水果推出傳送帶，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)篩選功能．已知：電源電壓為12 伏，R₀=20歐姆，壓敏電阻R的阻值隨壓力變化關(guān)系如圖乙所示．

（1）根據(jù)壓敏電阻R的阻值隨壓力變化關(guān)系圖乙，當(dāng)0.5千克的水果經(jīng)過檢測點(diǎn)時(shí)AB間的電壓是6V．
（2）當(dāng)檢測點(diǎn)上沒有水果時(shí)，電路的總電功率是多大？
（3）篩選不同等級的水果，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是不同的．當(dāng)質(zhì)量小于0.3千克水果經(jīng)過壓力監(jiān)測點(diǎn)時(shí)，R₀兩端電壓小于3伏，此時(shí)機(jī)械裝置啟動(dòng)，將0.3千克以下的水果推出傳送帶，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)篩選．小明分析上述電路認(rèn)為不符合要求．請你提出對電路的一種改進(jìn)措施可將R₀改為可調(diào)電阻，如滑動(dòng)變阻器、電阻箱，也可將變阻器與電流表串聯(lián)連入電路，方便調(diào)節(jié)時(shí)觀測．

Answer 1

分析 （1）水果對壓敏電阻的壓力和自身的重力相等，根據(jù)G=mg求出其大小，再根據(jù)表格數(shù)據(jù)得出壓敏電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出AB間的電壓；
（2）由圖乙可知當(dāng)檢測點(diǎn)上沒有水果時(shí)壓敏電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出電路的總電功率；
（3）先求出0.3kg的水果對壓敏電阻的壓力，由表格數(shù)據(jù)可知壓力電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出R₀兩端電壓，然后根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)和調(diào)節(jié)方便提出改進(jìn)措施．

解答 解：（1）當(dāng)0.5千克的水果經(jīng)過檢測點(diǎn)時(shí)，壓敏電阻受到的壓力：
F=G=mg=0.5kg×10N/kg=5N，
由表格數(shù)據(jù)可知，壓敏電阻的阻值為20Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中電流：
I=$\frac{U}{R+{R}_{0}}$=$\frac{12V}{20Ω+20Ω}$=0.3A，
經(jīng)過檢測點(diǎn)時(shí)AB間的電壓：
U_AB=IR₀=0.3A×20Ω=6V；
（2）由圖乙可知，當(dāng)檢測點(diǎn)上沒有水果時(shí)，壓敏電阻的阻值R′=100Ω，
電路消耗的總電功率：
P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{（12V）^{2}}{100Ω+20Ω}$=1.2W；
（3）0.3kg的水果對壓敏電阻的壓力：
F′=m′g=0.3kg×10N/kg=3N，
由表格數(shù)據(jù)可知壓力電阻的阻值為30Ω，
此時(shí)電路中的電流：
I′=$\frac{U}{R″+{R}_{0}}$=$\frac{12V}{30Ω+20Ω}$=0.24A，
R₀兩端電壓：
U₀=I′R₀=0.24A×20Ω=4.8V＞3V，
所以，上述電路不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)篩選，
可將R₀改為可調(diào)電阻，如滑動(dòng)變阻器、電阻箱，也可將變阻器與電流表串聯(lián)連入電路，方便調(diào)節(jié)時(shí)觀測．
答：（1）6V；
（2）當(dāng)檢測點(diǎn)上沒有水果時(shí)，電路的總電功率是1.2W；
（3）可將R₀改為可調(diào)電阻，如滑動(dòng)變阻器、電阻箱，也可將變阻器與電流表串聯(lián)連入電路，方便調(diào)節(jié)時(shí)觀測．

點(diǎn)評 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)題意得出壓敏電阻受到的壓力和從圖象中得出相關(guān)的信息．