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6.如图甲所示,电源电压U=6V,S为双掷开关,保护电阻的阻值R0=20Ω,R为压敏电阻,其阻值R与压力F成反比关系,(如图乙所示),R的正上方装有一电磁铁P,其线圈电阻不计.(g取10N/kg)
(1)在R上水平放置质量为1kg的铁制品,开关S接a,电压表的示数多大?
(2)在R上水平放置质量为4kg的铁制品,开关接b,电压表稳定后的示数为5V,则此时压敏电阻的阻值为多少?电磁铁P对铁制品的吸引力为多少?

分析 (1)由甲电路图可知,开关接a时,R0与R串联,电压表测L两端的电压,电磁铁无磁性,在R上水平放置质量为1kg的铁制品时,压敏电阻受到的压力和铁制品的重力相等,根据F=G=mg求出其大小,根据图乙可知压敏电阻的阻值,根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流即为通过R0的电流,再根据欧姆定律求出R0两端的电压;
(2)由甲电路图可知,开关接a时,R0与R串联,电压表测R0两端的电压,电磁铁有磁性,根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的电流,根据串联电路的电压特点求出压敏电阻两端的电压,根据欧姆定律求出压敏电阻的阻值,由图乙可知压敏电阻受到压力和阻值的关系,进一步求出压敏电阻受到的压力,铁制品的重力减去压敏电阻受到的压力即为电磁铁P对铁制品的吸引力.

解答 解:
(1)由甲电路图可知,开关接a时,R0与R串联,电压表测R0两端的电压,电磁铁无磁性,
在R上水平放置质量为1kg的铁制品时,因为水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以R上受到的压力:F=G=mg=1kg×10N/kg=10N,
由图乙可知,当F=10N时,电阻R=10Ω,
串联电路中各处的电流相等,所以通过R0的电流即电路中电流:
I=$\frac{U}{{R}_{0}+R}$=$\frac{6V}{20Ω+10Ω}$=0.2A,
R0两端的电压:
U0=IR0=0.2A×20Ω=4V;
(2)由甲电路图可知,开关接b时,R0与R串联,电压表测R0两端的电压,电磁铁有磁性,
此时电路中的电流:
I′=$\frac{{U}_{0}′}{{R}_{0}}$=$\frac{5V}{20Ω}$=0.25A,
串联电路中总电压等于各分电压之和,所以压敏电阻两端的电压:
UR′=U-U0′=6V-5V=1V,
则此时压敏电阻的阻值:
R′=$\frac{{U}_{R}′}{I′}$=$\frac{1V}{0.25A}$=4Ω,
由图象知,F与R成反比,所以有:F•R=F′•R′,F′=$\frac{F•R}{R′}$=$\frac{10N×10Ω}{4Ω}$=25N,
4kg铁制品的重力:G′=m′g=4kg×10N/kg=40N,
电磁铁P对铁制品的吸引力:
F=G′-F=40N-25N=15N.
答:(1)在R上水平放置质量为1kg的铁制品,开关S接a,电压表的示数4V;
(2)在R上水平放置质量为4kg的铁制品,开关接b,电压表稳定后的示数为5V,则此时压敏电阻的阻值为4Ω,电磁铁P对铁制品的吸引力为15N.

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用,从图象中得出压敏电阻阻值和压力的关系是解决问题的关键.

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