Question

5．小明根據(jù)所學(xué)的電學(xué)知識(shí)，想設(shè)計(jì)一個(gè)汽車超載自動(dòng)報(bào)警電路．他查閱了相關(guān)資料了解到壓敏電阻是阻值隨壓力變化而變化的元件，并了解到壓敏電阻在生活中的一種應(yīng)用--壓力傳感器．壓力傳感器受到的壓力越大，輸出的電壓就越大，用它可以稱量汽車的重．某壓力傳感器輸出電壓與壓力的關(guān)系如下表：

壓力/×105N	0	1.2	2.4	3.6	4.8	6.0
輸出電壓/v	0	1	2	3	4	5

小明利用該壓力傳感器和電阻箱R'（最大電阻999.9Ω）及部分其它器材設(shè)計(jì)了圖（a）所示的電路，閉合開關(guān)S，當(dāng)電磁繼電器線圈中電流大于或等于20mA時(shí)，銜鐵被吸合．已知繼電器線圈的電阻為25Ω，繼電器電路的電源電壓由傳感器的輸出電壓U提供．（假設(shè)U不受繼電器電路影響）

（1）根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D（b）給定的坐標(biāo)系中描繪出壓力傳感器的輸出電壓隨壓力變化的圖象；
（2）當(dāng)壓力增加到一定程度時(shí)，電鈴報(bào)警，說明汽車超載，則圖（a）中電鈴應(yīng)接在C、D（選填“A、B”或“C、D”）兩端；
（3）小明希望壓力大于或等于2.4×10⁵N時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，則電阻箱R'的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到多大？
（4）要使該裝置報(bào)警，汽車的最小重力為多少？

Answer 1

分析 （1）明確橫坐標(biāo)表示壓力，縱坐標(biāo)表示輸出電壓，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，利用描點(diǎn)法繪制圖象；
（2）由數(shù)據(jù)可知，壓力越大，輸出電壓越大，電磁鐵的磁性就越強(qiáng)，電磁鐵把銜鐵吸下來(lái)，C、D之間的電路就會(huì)接通；
（3）壓力傳感器相當(dāng)于電壓可變的電源，從表或圖象中找出2.4×10⁵N壓力對(duì)應(yīng)的電壓，因?yàn)榫�圈中電流大于或等于20mA時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸合，結(jié)合繼電器線圈的電阻為25Ω，利用歐姆定律的知識(shí)就可以求出電阻箱接入電路的阻值；
（4）由數(shù)據(jù)可知，汽車重力越小，壓力傳感器輸出電壓越小，根據(jù)電磁繼電器銜鐵閉合的最小電流和線圈電阻，利用歐姆定律知識(shí)就可以求出最小輸出電壓，再對(duì)照?qǐng)D象就可以找到對(duì)應(yīng)的壓力值，就是汽車重力的大小．

解答 解：（1）橫坐標(biāo)表示壓力，縱坐標(biāo)表示輸出電壓，對(duì)應(yīng)表中數(shù)據(jù)，繪制圖象如下：

（2）當(dāng)壓力增大到一定程度時(shí)，壓力傳感器輸出電壓達(dá)到一定數(shù)值，線圈中電流大于或等于20mA時(shí)，電磁繼電器的銜鐵被吸合，C、D間的電路就會(huì)被接通，因此電鈴應(yīng)接在C、D之間；
答：圖甲中的電鈴應(yīng)接在C、D之間．
（3）由圖象可知，當(dāng)壓力為2.4×10⁵N時(shí)，輸出電壓U=2V，使電磁繼電器銜鐵閉合的最小電流I=20mA=0.02A，
所以此時(shí)電路的總電阻R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.02A}$=100Ω
又因?yàn)槔^電器線圈的電阻R_線=25Ω
所以電阻箱接入電路的阻值R′=R_總-R_線=100Ω-25Ω=75Ω
答：
（4）因?yàn)槭闺姶爬^電器銜鐵閉合的最小電流I=20mA=0.02A，繼電器線圈的電阻R_線=25Ω
所以要使該裝置報(bào)警，壓力傳感器輸出的電壓最小值為
U_最小=IR_線=0.02A×25Ω=0.5V，
由圖象可知，輸出電壓為0.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力為6×10⁴N．
答：（1）見上圖；（2）C、D；（3）電阻箱R'的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到75Ω；（4）汽車的最小重力為6×10⁴N．

點(diǎn)評(píng) 此題需注意兩點(diǎn)：
（1）壓力傳感器的本質(zhì)是可變電源，線圈和電阻箱串聯(lián)，通過的電流相等；
（2）電路中達(dá)到電磁繼電器閉合的電流時(shí)，電磁鐵才把銜鐵吸下，發(fā)出超重報(bào)警信號(hào)，重點(diǎn)是電磁繼電器的工作原理．