Question

（1）有一种电子元件，可以调节电路中的电流，以满足某种需要．小灯泡与该种电子元件串联后接在电压按如图甲所示变化的电源上，闭合开关后，小灯泡始终正常发光，电路图如图乙．小灯泡的标识是“110V，50W”．求在20s内电子元件消耗的电功？
（2）大型货场常用地秤来称量几吨甚至几十吨的货物的质量．让装满货物的汽车直接开上地秤平台称量一次，卸去货物后再开上地秤平台称量一次，两次读数之差，就是货物的质量．某种地秤的工作原理如图所示，它主要由三部分构成：地秤平台及杠杆OBA、压强传感器R和显示物体质量的仪表A（实际上是电流表）．已知OA=5OB，压强传感器的压板作用面积为0.2m²，压强传感器的电阻R与所受到的压强p大小成正比关系，即R=2.2×10^-2p．设平台质量1.0×10³kg，杠杆OBA及压板等附件质量不计，闭合开关S后，加在压强传感器两端的电压U=220V保持不变，g=10N/kg．
①一辆装满钢材的货车开上该地秤的平台，电流表刻度盘的读数是50mA，卸去钢材后，电流表刻度盘的读数应该增大还是减小？简述理由．
②该地秤的液晶显示屏读数为零时，电流表刻度盘上的电流读数为多少安？

Answer 1

解：（1）∵串联电路中各处的电流相等，且灯泡正常发光，
∴电子元件与灯泡串联电路中的电流：
I=I_L===A，
由甲图可知，0～10s内电源的电压为220V，10～20s内电源的电压为110V，
∵串联电路中总电压等于各分电压之和，
∴0～10s内电子元件两端的电压U_电子元件=U-U_L=220V-110V=110V，
10～20s内电子元件两端的电压U_电子元件′=U′-U_L=110V-110V=0V，
∴在20s内电子元件消耗的电功：
W=W₁+W₂=U_电子元件It₁+0=110V×A×10s=500J；
（2）①卸去钢材后，B点受到的压力减小，根据杠杆的平衡条件可知压敏电阻受到的压力减小，根据p=可知压敏电阻受到的压强减小，压强传感器的电阻R与所受到的压强p大小成正比关系可知压敏电阻的阻值减小，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律可知电路中的电流增大；
②该地秤的液晶显示屏读数为零时，
B受到的压力：
F_B=G=mg=1.0×10³kg×10N/kg=1.0×10⁴N，
根据杠杆的平衡条件可得：F_A×OA=F_B×OB，
∴F_A=F_B=×1.0×10⁴N=2000N，
压敏电阻受到的压强：
p===10⁴Pa，
压敏电阻的阻值：
R=2.2×10^-2p=2.2×10^-2×10⁴Ω=220Ω，
电流表的示数：
I_A===1A．
答：（1）在20s内电子元件消耗的电功为500J；
（2）①电流表刻度盘的读数应该增大，因卸去钢材后，B点受到的压力减小，根据杠杆的平衡条件可知压敏电阻受到的压力减小，根据p=可知压敏电阻受到的压强减小，压强传感器的电阻R与所受到的压强p大小成正比关系可知压敏电阻的阻值减小，电路中的总电阻减小，根据欧姆定律可知电路中的电流增大；
②该地秤的液晶显示屏读数为零时，电流表刻度盘上的电流读数为1A．
分析：（1）灯泡正常发光时的功率和额定功率相等，根据P=UI求出电路中的电流，根据串联电路的电压特点求出电子元件两端的电压，利用W=UIt求出在20s内电子元件消耗的电功；
（2）①一辆装满钢材的货车开上该地秤的平台时，B受到的压力等于平台、货车、钢材的重力之和，卸去钢材后，压强传感器受到的压力减小，根据R=2.2×10^-2p可知压敏电阻的阻值变化，利用欧姆定律可知电流表示数的变化；
②该地秤的液晶显示屏读数为零时，B受到的压力等于平台的重力之和，根据杠杆的平衡条件求出压敏电阻受到的压力，利用压强公式求出受到的压强，利用R=2.2×10^-2p可知压敏电阻的阻值，利用欧姆定律求出电流表的示数．
点评：本题考查了电功公式、杠杆的平衡条件、压强公式、串联电路的特点和欧姆定律的应用等，关键是根据图象读出0～20内的电压和明白地秤的工作原理．