Question

【題目】小明通過(guò)查閱資料了解到，航天科研人員采用如下方法進(jìn)行檢驗(yàn)“天宮二號(hào)”艙體的氣密性。將待檢驗(yàn)的艙體M置于一個(gè)集氣空腔N中，如圖甲所示，為了模擬飛船飛行時(shí)的環(huán)境，先對(duì)艙體M充入壓強(qiáng)為1.0×105Pa的空氣，再把集氣空腔N抽成真空（集氣空腔N不漏氣）。若艙體漏氣，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間便會(huì)有氣體從艙體M進(jìn)入集氣空腔N中，艙體M中的氣壓將減小，集氣空腔N中的氣壓將增大，為了測(cè)量艙體M和集氣空腔N中的氣壓，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路，其中RM、RN是兩個(gè)完全相同的可變電阻（本題可稱力敏電阻），其電阻值會(huì)隨氣體壓強(qiáng)大小發(fā)生變化，已知艙體M的容積為18m3，集氣空腔N的容積為90m3，艙體艙門(mén)的面積是0.6m2，整個(gè)過(guò)程溫度不變，電路中R0的阻值為10Ω，電源電壓恒為9V，可變電阻RM、RN的阻值隨氣體壓強(qiáng)變化關(guān)系如表格所示。

力敏電阻受到的氣 壓（×105Pa）	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
力敏電阻對(duì)應(yīng)的電 阻值（Ω）	50	40	30	22	15	12	10	8	6	5	4

/span>

(1)若艙體不漏氣，當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，電流表的示數(shù)為_____A（保留2位小數(shù)）。

(2)若艙體漏氣，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，電壓表的示數(shù)將_____（選填“逐漸變大”、“逐漸變小”或“不變”），在相同時(shí)間內(nèi)，電路消耗的電能比未漏氣時(shí)電路消耗的電能_____（選填“多”或“少”）。

(3)在檢驗(yàn)過(guò)程中的某一時(shí)刻，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，電壓表的示數(shù)為4.5V，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)電流表的示數(shù)為0.18A，此時(shí)艙門(mén)受到的內(nèi)外壓力差是多少N？（列出計(jì)算過(guò)程）

________

(4)實(shí)驗(yàn)表明，一定質(zhì)量的氣體在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)隨體積的變化如圖乙所示。若空氣從艙體M中逸出，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，M、N中的壓強(qiáng)相等，開(kāi)關(guān)S接在b處，則此時(shí)通過(guò)R0的電流是_____A，電壓是_____V。

Answer 1

【答案】0.64 逐漸變大 多 艙門(mén)受到的內(nèi)外壓力差是 0.225 2.25

【解析】

（1）當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，RM與R0串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，若艙體不漏氣，M內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為1.0×105Pa，根據(jù)表格數(shù)據(jù)讀出RM的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中電流表的示數(shù)；

（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，RN與R0串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，電壓表測(cè)R0兩端的電壓，若艙體漏氣，集氣空腔N中的氣壓將增大，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知RN的阻值變化，根據(jù)歐姆定律可知電路中的電流變化和R0兩端的電壓變化，根據(jù)得，電路消耗的電能變化；

（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，RM與R0串聯(lián)，電壓表測(cè)R0 兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律結(jié)合電壓表的示數(shù)求出電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出力敏電阻兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出力敏電阻的阻值，根據(jù)表格數(shù)據(jù)讀出艙體M中的氣壓；當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，RN與R0串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出力敏電阻的阻值，根據(jù)表格數(shù)據(jù)讀出集氣空腔N中的氣壓，利用求出此時(shí)艙門(mén)受到的內(nèi)外壓力差；

（4）M、N中的壓強(qiáng)相等時(shí)，根據(jù)氣體的體積變?yōu)樵瓉?lái)的5倍可以知道此時(shí)的壓強(qiáng)，由表格數(shù)據(jù)可以知道此時(shí)力敏電阻的電阻，根據(jù)串聯(lián)電路的電阻特點(diǎn)和歐姆定律求出電流表的示數(shù)，進(jìn)一步求出電壓表的示數(shù)。

(1)[1]當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，RM與R0串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，若艙體不漏氣，M內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為1.0×105帕，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，RM=4歐，因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，所以，電路中電流表的示數(shù)：

(2)[2]當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，RN與R0串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，電壓表測(cè)R0兩端的電壓，若艙體漏氣，集氣空腔N中的氣壓將增大，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知RN的阻值會(huì)逐漸減小，電路的總電阻逐漸減小，由可知，電路中的電流逐漸增大，由可知，R0兩端的電壓逐漸增大，即電壓表的示數(shù)逐漸變大。

[3]已知電路中的電流逐漸增大，在相同時(shí)間內(nèi)，由可知，電路消耗的電能比未漏氣時(shí)電路消耗的電能多。

(3)[4]當(dāng)開(kāi)關(guān)S接a時(shí)，RM與R0串聯(lián)，電壓表測(cè)R0 兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流處處相等，所以，電路中的電流

因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以，力敏電阻兩端的電壓：

則力敏電阻的阻值

由表格數(shù)據(jù)可知，艙體M中的氣壓；當(dāng)開(kāi)關(guān)S接b時(shí)，RN與R0串聯(lián)，電流表測(cè)電路中的電流，此時(shí)電路中的總電阻

則力敏電阻的阻值：

由表格數(shù)據(jù)可知，集氣空腔N中的氣壓，由可得，此時(shí)艙門(mén)受到的內(nèi)外壓力差

(4)[5]根據(jù)題意和圖象可以知道，當(dāng)M、N中的氣體壓強(qiáng)相等時(shí)，M、N中的氣壓值均為；查表可以知道，此時(shí)RM、RN的電阻值均為30Ω，所以電路中的電流

即通過(guò)R0的電流是0.225A。

[6]R0兩端的電壓

即電壓表的示數(shù)為2.25V。