Question

【題目】小明利用壓力傳感器、電磁繼電器、阻值可調的電阻R等元件，設計了一個汽車超載自動報警電路，如圖1所示．他了解到這種壓力傳感器所受壓力越大時，輸出的電壓U就越大，二者的關系如圖2所示．閉合開關S，當繼電器線圈中電流大于或等于20mA時，銜鐵被吸合．已知傳感器的輸出電壓U即為繼電器控制電路的電源電壓，線圈的電阻為20Ω．

（1）車輛不超載時，工作電路中綠燈亮；當傳感器所受壓力增大到一定程度時，紅燈亮，說明汽車超載．請你判斷燈 （填“L1”或“L2”）是紅燈；

（2）某水平公路橋禁止質量大于或等于20t的車輛通行，要用小強設計的裝置為此橋報警，R的阻值應調節為多少？

（3）在水平路面上，要使該裝置報警，通過車輛的最小重力為多少？

（4）請你運用所學物理知識，說明超載的一項危害．

Answer 1

【答案】（1）L2；

（2）R的阻值應調節為30Ω；

（3）在水平路面上，要使該裝置報警，通過車輛的最小重力為8×104N；

（4）超載的汽車質量大，慣性大，急剎車后滑行距離大，容易出交通事故

【解析】

試題分析：（1）分析超載和不超載時，銜鐵的位置及兩盞燈的亮暗情況得出結論．

（2）車對水平地面的壓力等于它的重力，由圖象求出壓力傳感器的阻值，然后由串聯電路特點與歐姆定律求出R阻值．

（3）當R為零時，由歐姆定律求出線圈兩端電壓，然后由圖象求出此時壓力傳感器受到的壓力，即車輪的最小重力．

（4）可從慣性、壓強兩方面分析超載的危害．

解：

（1）由圖示可知，車輛不超載時，控制電路中電流較小，電磁鐵磁性較弱，銜鐵被彈簧拉起，L1亮；車輛超載時，控制電路中電流增大，銜鐵被吸下，銜鐵接下端，L2亮，由題意知，L2是紅燈．

（2）車對水平地面的壓力F=G=mg=20×103kg×10N/kg=2×105N，

由圖象可知，此時的輸出電壓U=1V，

由歐姆定律可知電路總電阻：

R總===50Ω，

電阻R的阻值：

R=R總﹣R線圈=50Ω﹣20Ω=30Ω；

（3）當R=0Ω，輸出電壓最小，

由歐姆定律可知輸出最小電壓：

U0=IR線圈=0.02A×20Ω=0.4V，

由圖象可知，此時壓力傳感器受到的壓力：

F′=0.8×105N=8×104N；

通過車輛的最小重力為8×104N；

（4）超載的汽車質量大，慣性大，急剎車后滑行距離大，容易出交通事故；超載的汽車質量大，對地面的壓強大，易損壞路面；

答：（1）L2；

（2）R的阻值應調節為30Ω；

（3）在水平路面上，要使該裝置報警，通過車輛的最小重力為8×104N；

（4）超載的汽車質量大，慣性大，急剎車后滑行距離大，容易出交通事故．