Question

【題目】如圖甲是一個(gè)風(fēng)力測(cè)試儀裝置的原理圖。迎風(fēng)板與一壓敏電阻Rx連接，工作時(shí)迎風(fēng)板總是正對(duì)風(fēng)吹來的方向，有風(fēng)時(shí)，迎風(fēng)板向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)擠壓壓敏電阻時(shí)，壓敏電阻的阻值會(huì)發(fā)生變化，已知電源電壓恒為18 V，定值電阻R0＝15 Ω，電壓表的量程為0～15V，電流表量程0～3 A，壓敏電阻Rx能通過的最大電流 0.9A，阻值與迎風(fēng)板承受風(fēng)力F的關(guān)系如圖乙所示。試求：

(1)無風(fēng)時(shí)，求電壓表和電流表的示數(shù)；

(2)當(dāng)通過壓敏電阻電流為 0.6 A，壓敏電阻Rx消耗的功率；

(3)在滿足所有元件均安全使用的條件下，此裝置能測(cè)量風(fēng)力最大是多少？

Answer 1

【答案】(1) 0.36A；(2) 5.4W；(3)768N

【解析】

由電路圖可知，R0與Rx串聯(lián)，電壓表測(cè)R0兩端的電壓，電流表測(cè)電路中的電流。

(1)由圖乙可知，無風(fēng)時(shí)

Rx=35Ω

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==0.36A

則R0兩端的電壓

U0=IR0=0.36A×15Ω=5.4V

(2)當(dāng)通過壓敏電阻電流為0.6A時(shí)，電路的總電阻

R==30Ω

此時(shí)壓敏電阻的阻值

Rx′=R-R0=30Ω-15Ω=15Ω

則壓敏電阻Rx消耗的功率

Px=I′2Rx′=(0.6A)2×15Ω=5.4W

(3)由圖乙可知，當(dāng)風(fēng)力增大時(shí)，壓敏電阻的阻值變小，電路中的電流變大，則電路中的電流最大時(shí)，此裝置能測(cè)量的風(fēng)力最大，當(dāng)電壓表的示數(shù)為15V時(shí)，電路中的電流

I″==1A

因串聯(lián)電路中各處的電流相等，且電流表量程0～3A，壓敏電阻Rx能通過的最大電流1.2A，所以，電路中的最大電流為1A，此時(shí)電路的總電阻

R′==18Ω

此時(shí)壓敏電阻的阻值

Rx″=R′-R0=18Ω-15Ω=3Ω

由圖乙可知，F與Rx的關(guān)系是一次函數(shù)，設(shè)為

F=kRx+b

把

Rx=35Ω，F=0

Rx=0Ω，F=840N

代入可得

k=-24(N/Ω)，b=840N

F=-24(N/Ω)×Rx+840N

F大=-24(N/Ω)×3Ω+840N=768N

答：(1)無風(fēng)時(shí)，電壓表的示數(shù)為5.4V，電流表的示數(shù)為0.36A；

(2)當(dāng)通過壓敏電阻電流為0.6A，壓敏電阻Rx消耗的功率為5.4W；

(3)在滿足所有元件均安全使用的條件下，此裝置能測(cè)量風(fēng)力最大是768N。