加速度计作为测定运动物体加速度的仪器,已被广泛应用。如图甲所示是测定水平方向运动物体的加速度的仪器装置原理图:水平光滑杆AB固定在待测系统上,杆上套一质量为m的滑块,滑块两侧分别与劲度系数为k的弹簧相连,两弹簧的另一端与固定壁相连,弹簧处于自然长度。滑块下端有一滑动臂,可在滑动变阻器R上滑动(不计阻力)。待测系统静止时滑块触头P位于变阻器R的中点处。当系统在水平方向加速运动时,可将其加速度转换成电压信号从电压表输出。
已知滑块质量m=1.0kg,弹簧的劲度k=100N/m。电源电动势E=12V,内阻不计,滑动变阻器的总电阻R=100Ω,有效长度L=10cm,电压表的量程为10V。设A→B方向为速度及加速度的正方向。试求:
(1)该加速度计所测量的加速度的范围;
(2)为保证电压表能正常使用,电路中保护电阻R
0至少为多大?
(3)根据R
0的最小值,写出待测系统沿A→B做变速运动时,加速度
a与电压表输出电压U的关系式
a=
f (U);
(4)为了直接读取加速度值,将电压表盘上的电压刻度改成相对应的加速度刻度,并将对应的加速度值填入图乙中电压表盘面中的小圆圈内。