如图*、乙所示,某科技小组自制了一个测量水的深度的装置,它由测量头和控制盒构成,测量头的测量面是一个涂有绝缘漆...
问题详情:
如图*、乙所示,某科技小组自制了一个测量水的深度的装置,它由测量头和控制盒构成,测量头的测量面是一个涂有绝缘漆的面积为2cm2的压敏电阻R1,R1的电阻随水对它的压力F的变化关系如图*所示,控制盒内有一个定值电阻R0和一个最大阻值为90Ω的滑动变阻器R2,电源电压保持不变,通过电路调节,可使控制盒的功率达最大值Pm,科技小组通过控制盒的功率最小值和Pm的比值来标记水的深度,不计导线的电阻,电压表的量程为0﹣3V.科技小组在确保电路安全的情况下,进行如下的*作:ρ水=1.0×103kg/m3;g取10Nkg)
(1)R1未放入水中时,闭合S,断开S1,将R2的滑片移至最上端。此时电压表示数达到最大值,R0的电功率为
P0,求:R1未放入水中时的电阻为 30 Ω。
(2)测量头放到水下深度h1=10m时,闭合S.断开S1将R2的滑片移至某一位置时,R0的电功率为P0′,电路的总功率为P总,R1的电功率为P1.已知P0:P0′=9:4,P总:P1=6:1,求:此时R0两端的电压为 2 V。
(3)测量头放到水下深度h2=3m时。调节电路,控制盒的最小功率与Pm的比值为 5:18 。
【回答】
(1)30;(2)2;(3)5:18。
【解析】:
(1)R1未放入水中时,受到的水的压力为0,由图象可知,此时R1=30Ω;
(2)R1未放入水中时,由图知,闭合S,断开S1,将R2的滑片移至最上端,此时R0、R1串联,电压表示数达到最大值3V,
由串联电路特点和欧姆定律可得,电路中电流:I①,
测量头放到水下深度h1=10m时,R1受到压力:
F=pS=ρghS=1.0×103kg/m3×10N/kg×10m×2×10﹣4m2=20N,
由图象知,此时压敏电阻R1的阻值为R1'=10Ω,
此时,闭合S.断开S1,将R2的滑片移至某一位置时,R0、R2、R1串联,
由P=I2R有:,可得:R总=60Ω,
电路中电流:I'②,
,所以,
由①②可得:,解得:R0=10Ω,
当闭合S,断开S1,将R2的滑片移至最上端,电压表示数达到最大值3V,
此时电路中电流:I=I00.3A,
所以:I'I0.3A=0.2A,
所以测量头在水深10m时,R0两端的电压为:U0'=I'R0=0.2A×10Ω=2V;
(3)由串联电路特点和欧姆定律可得,电源电压:
U=I(R0+R1)=0.3A×(10Ω+30Ω)=12V,
当两开关都闭合时,R0、R2串联,当电压表示数最大时电流最大,
电路中最大电流:I最大0.3A,
所以控制盒的功率达最大值:
Pm=UI最大=12V×0.3A=3.6W;
测量头放到水下深度h2=3m时,R1受到压力:
F'=p'S=ρghS=1.0×103kg/m3×10N/kg×3m×2×10﹣4m2=6N,
由图象知,此时压敏电阻R1的阻值为R1″=20Ω,
当变阻器R2连入阻值最大时,控制电路的总电阻最大为R控=R0+R2大=10Ω+90Ω=100Ω,电流最小,P控有最小值,
则:P控最小=()2×R控=()2×100Ω=1W,
所以控制盒的最小功率与Pm的比值为:1W:3.6W=5:18。
知识点:九年级下
题型:计算题