Question

某科技兴趣小组制作了一艘小潜水艇。为了测定该潜水艇的下潜深度，他们设计了如图甲所示的电路，其中电源电压U=12V；R₀是阻值为20Ω的定值电阻；A为深度表，其实质是一只量程为0～100mA的电流表；R是一种压力传感器，它用于感应压力的受力面积为60cm²，且所能承受的压力足够大，其阻值R随压力F变化的关系如图乙所示。已知水的密度为l.0 ×10³kg／m³，g取10N／kg。问：
（1）当该潜水艇浮在水面（压力传感器未浸入水中）时，电路中的电流多大?
（2）图甲电路能测量的最大深度是多少米?
（3）在不更换压力传感器的情况下，为了增大图甲电路所能'测量的最大深度，应对该电路怎样进行改进?（写出一种方法即可）

Answer 1

解：
（1）当潜水艇浮在水面上时，传感器受到的压力F=0，对应的电阻R=480Ω，
∴电路中的电流I===0.024A=24mA；
（2）潜水艇下潜的越深，受到的压力F越大，R越小，则电路中的电流越大．当电流I=100mA=0.1A时，下潜最深，R_总===120Ω
压力传感器阻值R′=R_总-R₀=120Ω-20Ω=100Ω
由图乙得：当R′=100Ω时，F′=300N
∴此时受到水的压强P===5×10⁴Pa
结合液体压强的计算公式P=ρ_液gh，
得此时水的深度h===5m；
（3）在不更换压力传感器的情况下，为了增大图甲电路所能测量的最大深度，可以考虑以下措施：
①换用更大量程的电流表；
②再串联一个电阻；
③增大R₀的阻值；
④减小电源电源等．
（以上四点任选一点）．