Question

有一種測量人的體重和身高的電子秤，其測體重部分的原理圖如圖所示的虛線框所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力杠桿ABO和壓力傳感器R（電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻），顯示體重大小的儀表（實質(zhì)是電流表）．其中AO：BO=5：1，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系如下表所示．

電壓F/N		50	100	150	200	250	300	…
電阻R/Ω	300	270	240	210	180	150	120	…

設踏板和杠桿組件的質(zhì)量可以忽略不計，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.68V，取g=10N/kg．請回答：
（1）該秤零起點（即踏板空載時）的刻度線應標在電流表刻度盤______mA處．
（2）壓力傳感器的電阻R與其所受的壓力F的關系式是______．
（3）如果某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤的示數(shù)為20mA，這個人的體重是______N．
（4）若該秤的最大稱量值是200kg，則儀表A的量程應選多大？（寫出解題過程，可供選擇的電流表為：0～60mA、0～100mA、0～200mA．）

Answer 1

【答案】分析：（1）踏板空載時，通過表中信息可以得出電阻大小，利用歐姆定律可以求電流；
（2）觀察表格中的數(shù)據(jù)可知，壓力每增大50N，壓力傳感器的電阻減小30Ω，據(jù)此可歸納出R隨壓力F變化的函數(shù)關系式；
（3）根據(jù)電壓與電流可求出此時壓力傳感器的電阻值，再依據(jù)表中的變化規(guī)律可求出此時作用在A點的壓力的大小，最后根據(jù)杠桿的平衡條件得出作用在B點的人的體重；
（4）已知人的體重G根據(jù)杠桿的平衡條件求出壓力傳感器R表面承受的壓力，再根據(jù)壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系求出壓力和電阻的關系式，進一步求出壓力傳感器R的電阻，最后根據(jù)歐姆定律求出電流表示數(shù)的最大值即可判斷電流表的量程．
解答：解：（1）讀表格可知，當壓力為0時，壓力傳感器的電阻為300Ω，則踏板空載時電流表讀數(shù)為I===0.0156A=15.6mA；
（2）分析數(shù)據(jù)可知，當F每增大50N時，電阻R減小30Ω，因為電阻的最大值為300Ω，所以歸納得電阻R隨壓力F變化的函數(shù)關系式為：R=300-F=300-0.6F；
（3）當電流為20mA時，壓力傳感器的電阻為R₁===234Ω，
根據(jù)R隨壓力F的變化函數(shù)關系R=300-0.6F得，
F₁===110N，
設人的體重為G，根據(jù)杠桿的平衡條件得，F(xiàn)₁?AO=G?BO
解得，G==110N×=550N．
（4）根據(jù)F×AO=G×BO得，人的體重G作用在壓力傳感器R表面上的壓力為：
F=mg×==400N；
根據(jù)R隨壓力F的變化函數(shù)關系R=300-0.6F得：
壓力傳感器R的電阻為R_大=300-0.6×400=60Ω，
所以此時電流表的示數(shù)為I_大===0.078A=78mA．
∵60mA＜78mA＜100mA；
∴儀表A的量程為0～100mA．
故答案為：（1）1.56；（2）R=300-0.6F；（3）550N；（4）儀表A的量程為0～100mA．
點評：本題考查了杠桿的平衡條件的應用和歐姆定律的計算，關鍵是相關知識的靈活運用，難點是根據(jù)表格信息得出壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系表達式．