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小明设计了一个测量物体质量的“托盘秤”,如图(甲)是其原理示意图,其中托盘上放置物体,压力传感器R的电阻值会随所受压力大

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/10 06:28:51
小明设计了一个测量物体质量的“托盘秤”,如图(甲)是其原理示意图,其中托盘上放置物体,压力传感器R的电阻值会随所受压力大小发生变化,杠杆ABO可绕0点转动,电压表的量程为O~3V(可显示质量大小).已知OB:BA=1:2,电阻R0=100Ώ.压力传感器R表面能承受的最大压力为400N,压杆与压力传感器的接触面积为2cm2,压力传感器R的电阻值随所受压力变化的图象如图(乙)所示.电源电压恒定不变,秤达到最大称量时,电压表的示数也达到最大值,托盘和杠杆组件的质量忽略不计.

求:(1)该压力传感器能承受的最大压强;
(2)电源电压;
(3)当电压表的示数为I.5V时,托盘上被测物体的质量.(取g=10N/kg)
(1)最大压强:Pmax=
Fmax
S=
400N
2×10−4m2=2×106Pa.
答:该压力传感器能承受的最大压强为2×106Pa.
(2)杆秤到最大称量时,电阻R0两端的电压U0=3V,
由图象可知,此时压力传感器的电阻R=50Ω,
电路中的电流I=
U0
R0=
3V
100Ω=0.03A,
电源电压U=I(R0+R)=0.03A×(100Ω+50Ω)=4.5V.
答:电源电压为4.5V.
(3)当电压表示数为1.5V时,电路中电流I1=
U1
R0=
1.5V
100Ω=0.015A,
压力传感器两端的电压UR=U-U1=4.5V-1.5V=3V,
压力传感器的电阻R=
UR
I=
3V
0.015A=200Ω,
由图象可知压力传感器受到的压力F=250N,
根据杠杆平衡条件得:F×OA=G×OB,
G=
F•OA
OB=250N×3=750N,
所以托盘上物体的质量m=
G
g=
750N
10N/kg=75kg.
答:托盘上被测物体的质量为75kg.
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