如图,图a为测量体重的电子秤原理图,它主要由三部分构成:踏板和压力杠杆ABO,压力传感器,电流表A(量程为0﹣0.1A.转换刻度后可以显示体童大小)。其中AO:BO=5:1,已知压力传感器的电阻R与所受压力F变化的关系如图b所示。设踏板和杠杆组件的质量可以忽略不计,电源电压恒为3V,取g=10N/kg。计算
(1)如果某人站在该秤踏板上时,电流表的示数为12mA,这个人的体重是多少kg?
(2)该秤能显示的最大体重值是多少kg?
解析:
(1)由图a知,压力传感器R与电流表串联在电源上,由欧姆定律可得此时R连入电路的阻值:
R=250Ω,
由图象可知,此时人对踏板压力
F=100N,
人对踏板压力
F压=G人g=m人g
由杠杆平衡条件有:
F×AO=m人g×BO,
代入数据解得
m人=50kg;
(2)由图象知,R与所受压力F变化成线性关系,设
R=aF+b,
当F=100N时,R=250Ω,
即:250Ω=100N×a+b…①
当F=200N时,R=200Ω,
即:200Ω=200N×a+b…②
解①②可得:
a=﹣0.5Ω/N,b=300Ω,
所以
R=﹣0.5Ω/N•F+300Ω,
因为R阻值随F增大而减小,所以当电流表示数达到最大0.1A时,R阻值最小,压力传感器受到压力最大,人对踏板压力最大,
此时传感器的电阻:
R'=30Ω,
则:
30Ω=﹣0.5Ω/N•F+300Ω,
所以压力杆对传感器的压力:
F′=540N,
由杠杆平衡条件有:
F'×AO=m人'g×BO
秤能称的最大体重值:解得
m人'=270kg。
即:
(1)如果某人站在该秤踏级上时,电流表的示数为12mA,这个人的体重是50kg;
(2)该秤能显示的最大体重值是270kg。
微信扫码关注三人行问答社区 公众号