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简答题

“加速度计”作为测定物体加速度的仪器,已被广泛应用,如图所示为应变式加速度计的原理图。支架AB固定在待测系统上,滑块穿在AB之间的水平光滑杆上,并用轻弹簧连接在A端,其下端有一活动臂可在滑动变阻器上自由滑动,随着系统沿水平方向做变速运动,滑块相对于支架将发生位移,并通过电路转化为电信号从电压表输出,已知电压表量程为8V,滑块质量为m=0.1 kg,弹簧劲度系数k=20 N/m,电源电动势E=10 V,内阻不计,滑动 阻器总电阻R=40Ω,有效总长度l=8 cm,当待测系统静止时,滑动触头P位于变阻器R的中点,取A→B方向为速度正方向。

(1)确定该加速度计测量加速度的范围。

(2)为保证电压表能正常使用,则电路中R0至少应为多大?

(3)根据R0的最小值,写出待测系统沿A→B做变速运动时,电压表的输出电压Ux与加速度a的关系式。

(4)根据R0的最小值,将电压表上的表盘改成适当的加速度刻度,将对应的加速度值填入图中的小圆内。

正确答案

解:(1)加速度计最大测量范围由弹簧最大形变量决定

因xm=4 cm,所以

(2)变阻器最大电压为8V,则串联的分压电阻R0上电压为U0=2 V

,得,即R0的最小值

(3)弹簧长度的形变量在变阻器中点两侧4 cm以内,设弹簧形变量为x,则电压表示数的改变量为△U=

,即

当变阻器滑片处于中点位置时,电压表示数为4V,所以输出电压与加速度的关系为

(4)由以上关系式可知,当U=0时,a=8m/s2;当U=2V时,a=4m/s2;当U=4V时,a=0;当U=6V时,a=-4 m/s2;当U=8V时,a=-8 m/s2。刻度如图所示

 

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如图所示是电饭煲的电路图,S1是一个温控开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103℃)时,会自动断开。S2是一个自动温控开关,当温度低于70℃时,会自动闭合;温度高于80℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1=R2=500Ω,加热电阻丝R3=50Ω。两灯电阻不计。

(1)分析电饭煲的工作原理。

(2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。

(3)简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?

正确答案

解:(1)电饭煲接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态。加热到80℃时,S2自动断开,S1仍闭合。水烧干后,温度升高到“居里点”103℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。由于散热,待温度降至70℃时,S2自动闭合,电饭煲重新加热。温度达到80℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态,如此循环

(2)加热时电饭煲消耗的电功率

保温时电饭煲消耗的电功率

两式中R=

从而有

(3)如果不闭合开关S1,开始S2是闭合的,R1被短路,功率为P1;当温度上升到80℃时,S2自动断开,功率降为P2;温度降低到70℃,S2自动闭合……温度只能在70℃~80℃之间变化,不能把水烧开,不能煮熟饭

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某学生为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图所示,测量时先调节输入的电压,使转换器空载时的输出电压为零;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。

现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个,开关及导线若干,待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。

请完成对该物体质量的测量。

(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,画出完整的测量电路图;

(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m;

(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。

正确答案

(1)设计的电路图如图所示

 

(2)测量步骤与结果:

①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零

②将砝码放在转换器受压面上,记下输出电压U0③将待测物放在转换器受压面上,记下输出电压U

则有:U0=km0g,U=kmg

由以上两式得

(3)可能出现的问题:待测物体的质量超过转换器的量程

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如图所示为检测某传感器的电路图。传感器上标有“3V 0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10Ω 1A”的字样,电流表的量程为0.6 A,电压表的量程为3 V。求:

(1)传感器的电阻和额定电流。

(2)为了确保电路各部分的安全,在a、b之间所加的电源电压最大值是多少?

(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1Ω,则该传感器就失去作用。实际检测时,将一个恒压电源加在图中a、b之间,闭合开关S,通过调节R0,来改变电路中的电流和R0两端的电压.检测记录如下: 

   

若不计检测电路对传感器电阻的影响,你认为这个传感器是否仍可使用?此时a、b间所加的电压是多少?

正确答案

解:(1)

(2)最大电流I=I=0.3 A

电源电压最大值Um=U+U0U为传感器的额定电压,U为R0m=10Ω时R0两端的电压,即U0=IR0m=0.3×10 V=3 V

Um=U+U0=3 V+3 V=6 V

(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为R',根据第一次实验记录数据有:U=I1R'+U1

根据第二次实验记录数据有U=I2R'+ U2

代入数据,解得:R'=9.5Ω,U=3 V

传感器的电阻变化为△R=R-R'=10Ω-9.5Ω=0.5Ω<1Ω,所以此传感器仍可使用

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简答题

现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干,如图所示,试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度时,又可以自动断电,画出电路图,说明工作过程。

正确答案

热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路

(1)电路图如图所示

(2)工作过程:闭合S,当温度低于设计值时,热敏电阻阻值大,通过电磁继电器电流不能使它工作,K接通,电炉丝加热。当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,K断开,电炉丝断电,停止供热。当温度低于设计值,又重复前述过程。

下一知识点 : 电磁波在日常生活和生产中的广泛应用
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