Question

18．某水果自動篩選裝置（如圖1所示），它能將質(zhì)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(jīng)過檢測區(qū)間時，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(zhì)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）壓力檢測區(qū)間長20cm，傳送帶傳送水果速度為0.4m/s，機械裝置對不達標的小水果的做出判斷的時間最多為多少秒？（水果大小忽略不計）
（2）當檢測點上沒有水果時，電路中的電流是多大？
（3）該裝置能夠剔除質(zhì)量小于多少千克的水果？
（4）不同等級的水果篩選的質(zhì)量標準是不同的．請你對電路進行改進，使該裝置能夠方便篩選不同水果．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)檢測區(qū)間的長度和傳送帶傳送水果速度利用t=$\frac{s}{v}$求出做出判斷的時間；
（2）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；
（3）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(zhì)量即可得出答案；
（4）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v=$\frac{s}{t}$得，判斷的時間：
t=$\frac{s}{v}$=$\frac{0.2m}{0.4m/s}$=0.5s；
（2）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=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{0}}$=$\frac{12V}{100Ω+20Ω}$=0.1A；
（3）當U₀=3V時，電路中的電流：
I₁=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{3V}{20Ω}$=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=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{9V}{0.15A}$=60Ω，
查圖表得F=G=1N，
由G=mg可得，水果的質(zhì)量：
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{1N}{10N/kg}$=0.1kg，
所以該裝置能夠剔除質(zhì)量小于0.1kg的水果；
（4）將R₀改為可調(diào)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(diào)節(jié)時觀測．
答：（1）機械裝置對不達標的小水果的做出判斷的時間最多為0.5s；
（2）當檢測點上沒有水果時，電路中的電流是0.1A；
（3）該裝置能夠剔除質(zhì)量小于0.1千克的水果．
（4）將R₀改為可調(diào)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(diào)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．