Question

8．某水果自動篩選裝置如圖甲所示，它能將質(zhì)量小于一定標(biāo)準(zhǔn)的水果自動剔除．其原理圖如下：R為壓敏電阻，AB兩點間接入定值電阻R₀．當(dāng)傳送帶上的水果經(jīng)過檢測點時，使壓敏電阻R的阻值發(fā)生變化．AB間的定值電阻的電壓也隨之發(fā)生改變．當(dāng)U_AB≤3V時，機械裝置啟動，將質(zhì)量不達標(biāo)的小水果推出傳送帶，實現(xiàn)自動篩選功能．換用不同的定值電阻R₀就可以篩選出不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的水果．已知：電源電壓恒為15V，R₀=20Ω，壓敏電阻R的阻值隨壓力變化關(guān)系如圖乙所示．求：
（1）當(dāng)檢測點上沒有水果時，電路中的電流是多少？定值電阻R₀上消耗的電功率是多少？
（2）當(dāng)機械裝置啟動時，水果對壓敏電阻的壓力小于多少N時，水果將被推出傳送帶？
（3）不同等級的水果篩選的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是不同的，頂級的奉節(jié)臍橙質(zhì)量應(yīng)達到250g，為了達到這一標(biāo)準(zhǔn)（不改變壓敏電阻R），AB之間應(yīng)該換用阻值為多少Ω的定值電阻R₀？

Answer 1

分析 （1）由圖乙可知，當(dāng)檢測點上沒有水果時壓敏電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)P=I²R求出定值電阻R₀上消耗的電功率；
（2）根據(jù)歐姆定律求出當(dāng)U_AB=3V時電路中的電流，利用串聯(lián)電路的電壓特點求出R兩端的電壓，利用歐姆定律求出R的阻值，由圖乙得出對應(yīng)水果的壓力；
（3）根據(jù)水平面上物體的壓力和自身的重力相等以及G=mg求出250g水果的壓力，根據(jù)圖乙讀出對應(yīng)壓敏電阻的阻值，此時通過電磁繼電器的電流I≥0.15A，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出AB之間的阻值即可得出答案．

解答 解：（1）由圖乙可知，當(dāng)檢測點上沒有水果時，R=100Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{U}{R+{R}_{0}}$=$\frac{15V}{100Ω+20Ω}$=0.125A，
定值電阻R₀上消耗的電功率：
P₀=I²R₀=（0.125A）²×20Ω=0.3125W；
（2）當(dāng)U₀=3V時，電路中的電流：
I′=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，壓敏電阻兩端的電壓：
U₁=U-U₀=15V-3V=12V，
壓敏電阻的阻值：
R′=$\frac{{U}_{1}}{I′}$=$\frac{12V}{0.15A}$=80Ω，
查圖表得F=0.5N；
（3）頂級的奉節(jié)臍橙對壓敏電阻的壓力：
F′=G=mg=0.25kg×10N/kg=2.5N，
由圖乙得出對應(yīng)壓敏電阻的阻值R″=40Ω，
因機械裝置啟動時，電路中的最小電流I′=0.15A，
此時電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I′}$=$\frac{15V}{0.15A}$=100Ω，
則AB之間應(yīng)該換用定值電阻的阻值：
R₀′=R_總-R″=100Ω-40Ω=60Ω．
答：（1）當(dāng)檢測點上沒有水果時，電路中的電流是0.125A，定值電阻R₀上消耗的電功率是0.3125W；
（2）當(dāng)機械裝置啟動時，水果對壓敏電阻的壓力小于0.5N時，水果將被推出傳送帶；
（3）AB之間應(yīng)該換用阻值為60Ω的定值電阻R₀．

點評 本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)題意得出剔除水果時R₀兩端的電壓和從圖象中得出相關(guān)的信息．