Question

（2011?思明區(qū)）如圖1是水果自動篩選裝置，它能將質量小于一定標準的水果自動剔除，其原理如下：傳送帶上的水果經過檢測點時，使壓敏電阻R的阻值發(fā)生變化，AB間的電壓也隨之發(fā)生改變，當U_AB＜3V時，機械裝置啟動，將質量不達標的小水果推出傳送帶，實現(xiàn)自動篩選功能．已知：電源電壓為12V，R₀=20Ω，壓敏電阻R的阻值隨壓力變化關系如圖2所示．

求：
（1）當檢測點上沒有水果時，電路中的電流是多大？
（2）該裝置能夠剔除質量小于多少千克的水果？
（3）不同等級的水果篩選的質量標準是不同的．請你對電路進行改進，使該裝置能夠方便地改設不同的篩選標準．

Answer 1

分析：（1）由圖2可知，當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；
（2）根據(jù)歐姆定律求出當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2得出對應水果的壓力，水平面上水果的重力和壓力相等，根據(jù)G=mg求出對應水果的質量即可得出答案；
（3）可以從電路的組裝和器材的選擇等方面提出改進的方法．

解答：解：（1）由圖2可知，當檢測點上沒有水果時，R₁=100Ω，
∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴根據(jù)歐姆定律可得，此時電路中的電流：
I=

U

R1+R0

=

12V

100Ω+20Ω

=0.1A；
（2）當U₀=3V時，電路中的電流：
I₁=I₀=

U0

R0

=

3V

20Ω

=0.15A，
∵串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
∴壓敏電阻兩端的電壓：
U₁=U-U₀=12V-3V=9V，
壓敏電阻的阻值：
R₁=

U1

I1

=

9V

0.15A

=60Ω，
查圖表得F=G=1N，
由G=mg可得，水果的質量：
m=

G

g

=

1N

10N/kg

=0.1kg，
所以該裝置能夠剔除質量小于0.1kg的水果；
（3）將R₀改為可調電阻，如滑動變阻器、電阻箱，也可將變阻器與電流表串聯(lián)連入電路，方便調節(jié)時觀測．
答：（1）當檢測點上沒有水果時，電路中的電流是0.1A；
（2）該裝置能夠剔除質量小于0.1千克的水果；
（3）將R₀改為可調電阻，如滑動變阻器、電阻箱，也可將變阻器與電流表串聯(lián)連入電路，方便調節(jié)時觀測．

點評：本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律的應用，關鍵是根據(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的信息．