专题04 含传感器、“可变电阻取值范围”问题的电学综合计算模型-【压轴必刷】2022中考物理压轴电学计算题和实验题之经典模型培优练习

专题04 含传感器、“可变电阻取值范围”问题的电学综合计算模型 1．小明观察到高速公路进出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。OAB为水平杠杆，O为支点，OA：AB＝1：4，平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻R0的阻值为20Ω，电流表的量程为0～0.6A，压力传感器R固定放置，R的阻值随所受压力F变化的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。 （1）当平板上不放物体时，闭合开关，电流表的示数为0.2A，求电源电压是多大？ （2）该模拟装置能测量的物体的最大重力是多大？ （3）电池用久后，电压变小，其他条件不变，要使装置能测量的最大物重不变。若只更换电阻R0，则更换后的电阻应 　小于　（选填“大于”或“小于”）R0。若只水平调节杠杆上触点A的位置，触点A应向 　左　（选填“左”或“右”）方向移动。 【答案】（1）电源电压是18V （2）该模拟装置能测量的物体的最大重力是300N； （3）小于；左。 【解答】解：（1）闭合开关，两电阻串联接入电路，电流表通过电路的电流， 当平板空载时，电流表的示数为0.2A，由乙图可知，压力传感器阻值为R＝70Ω， 串联电路总电阻等于各分电阻之和，由欧姆定律可得电源电压为：U＝I（R0+R）＝0.2A×（20Ω+70Ω）＝18V； （2）根据乙图图像可知压敏电阻的阻值随压力的增大而减小，根据串联电路电阻规律结合欧姆定律可知压敏电阻所受压力越大，通过电路的电流越大， 电流表的量程为0～0.6A，所以通过电路最大的电流为0.6A，此时电路的总电阻：R＝＝＝30Ω， 压敏电阻的阻值：R′＝R﹣R0＝30Ω﹣20Ω＝10Ω，由图乙可知压敏电阻此时受到的压力为60N， OA：AB＝1：4，根据杠杆平衡条件可得；FA＝＝＝300N， 杠杆A处受到的力即物体的重力，所以该模拟装置能测量的物体的最大重力是300N； （3）电池用久后，电压变小，其他条件不变，要使装置能测量的最大物重不变，即测量的最大物重时通过电路的电流不变，根据欧姆定律可知电路总电阻变小，根据串联电路电阻规律可知只更换电阻R0，也就是说压敏电阻的阻值不变，则更换后的电阻应变小； 电池用久后，电压变小，其他条件不变，要使装置能测量的最大物重不变，即测量的最大物重时通过电路的电流不变，根据欧姆定律可知电路总电阻变小，根据串联电路电阻规律可知压敏电阻的阻值需变小，所以压敏电阻受到的压力需增大，根据杠杆平衡条件可知若只水平调节杠杆上触点A的位置，触点A应向左方向移动。 2．如图甲是某品牌智能体重秤，图乙是它的电路结构图，R0为定值电阻，秤盘下方的电阻R为压敏电阻，其阻值随所受压力大小的变化关系图像如图丙所示。已知电源电压为6V保持不变。 （1）当秤盘为空时，R的阻值为多少； （2）体重为400N的小勇站在体重秤上时，电压表示数为2V，则R0的阻值是多少； （3）若小华站在体重秤上，5s内完成了称量体重的过程，这段时间内体重秤消耗的电能是0.36J，则小华的体重为多少。 【答案】（1）当秤盘为空时，R的阻值为600Ω； （2）R0的阻值是200Ω； （3）小华的体重为600N。 【解答】解：（1）由图丙R﹣F图像可知，秤盘为空即F＝0N时，R的阻值为600Ω； （2）由图乙可知，该电路为R0和R的串联电路，电压表测R0两端的电压； 物体对水平秤盘的压力大小等于物体的重力大小，由图丙R﹣F图像可知，当F＝G＝400N时，R＝400Ω， 串联电路总电压等于各部分电压之和， 根据欧姆定律可得通过电路的电流为：I＝＝＝＝0.01A， 则R0的阻值为：R0＝＝＝200Ω； （3）小华站在体重秤上时，电路中的电流为：I′＝＝＝0.012A， 电路的总电阻为：R＝＝＝500Ω， R的阻值为：R′＝R﹣R0＝500Ω﹣200Ω＝300Ω， 由图丙R﹣F图像可知F的大小即小华的体重大小为600N。 3．综合实践活动中，同学们设计了一款可用电压表示数显示拉力大小的测力计模型，电压表示数随拉力的增大而增大，模型电路如图甲所示，ab为长15cm、阻值20Ω的电阻丝，其阻值与长度成正比。滑片P左端固定在拉杆上，弹簧处于原长时，滑片P位于a端，电源电压恒为4V，R0为12Ω，其余部分电阻不计，电压表量程为0～3V。忽略弹簧、拉杆和拉环的重力及滑片与电阻丝的摩擦。 （1）虚线框内接线柱“1”应与 　3　（选填“2”或“3”）连接。 （2）闭合开关，弹簧处于原长状态时，电压表示数是多少？ （3）弹簧的伸长量与所受拉力F之间的关系如图乙所示，在保证电路安全的前提下拉环上能施加的最大拉力是多少？ 【答案】（1）3； （2）闭合开关，弹簧处于原长状态时，电压表示数是1.5V； （3）弹簧的伸