問題詳情:
圖1是密水池水位自動控制模擬裝置∶可繞O點轉動的輕質槓桿A端用輕繩系正方體浮塊,B端固定一輕質三角支架,支架與固定不動的壓力敏感電阻RF保持水平接觸擠壓,槓桿保持水平平衡,已知∶AO長為1m,BO長為2m;浮塊邊長為20cm,密度為5×103kg/m3,下表面距池底2m;當電磁鐵線圈中的電流I≤0.02A時,鐵K被釋放,水泵開始工作向水池注水,反之停止注水,池內達到所設定的最高水位,線圈電阻不計;電壓U=6V,電阻箱R調至75Ω;設RF的阻值與支架所施加壓力F的關係圖線如圖2所示,g取10N/kg。
(1)浮塊的重力為____N。在達到最高水位之前,隨著浮塊排開水的體積逐漸增大,支架對RF的壓力將____。
(2)當池內達到所設定的最高水位時,求∶
①輕繩對浮塊的拉力____
②池內水面距池底的高度____
(3)為使該裝置能自動控制水池內的最高水位,在其他條件不變的情況下,電阻箱R接入電路的阻值應滿足的條件是____。
【回答】
(1). 400 (2). 減小 (3). 350N (4). 2.125m (5). 50Ω≤R≤90Ω
【解析】(1)由密度計算公式,可知浮塊的質量為
由重力與質量關係可知浮塊的重力為
隨著浮塊排開水的體積逐漸增大,其所受豎直向上的浮力逐漸增大,根據槓桿平衡條件,可知支架對RF的壓力將逐漸減小。
(2)當池內達到所設定的最高水位時,電路中電流I=0.02A,即
則RF的電阻為
由圖可知,RF的阻值與支架所施加壓力F的數值關係為
此時支架對RF的壓力為
FB=175N
根據槓桿平衡條件
代入資料得A端繩拉力為
在A端根據平衡條件
FA+F浮=G
代入資料得
F浮=400N-350N=50N
根據浮力公式
代入資料可得
則浮塊浸入水中的深度為
則池內水面距池底的高度為
(3)當浮塊浸沒後其所受浮力達到最大且不再變化,此時浮力為
此時A端繩的拉力為
根據槓桿平衡條件
代入資料得B端壓力為
此時RF的阻值達到最小,為210Ω,則電阻箱R接入電路阻值最大為
當浮塊不受水浮力時,代入資料得B端壓力為200N,此時RF的阻值達到最大,為250Ω,則電阻箱R接入電路阻值最小為
故電阻箱R接入電路的阻值應滿足的條件是50Ω≤R≤90Ω。
知識點:九年級下
題型:計算題