問題詳情:
物理興趣小組設計了一個便攜式水深測量裝置,它主要由探頭A和控制盒B構成,它們之間用有絕緣皮的細導線形成迴路,如圖*所示,其中探頭A是一個高為0.1m,重為5N的圓柱體,它的底部是一個壓敏電阻R(與水的接觸面塗有絕緣漆),工作時,底部始終與水平面相平,壓敏電阻R的阻值隨表面所受壓力F的大小變化如圖乙所示,A與B間的電路連接關係如圖*所示,其中電源電壓恆為4.5V,小組同學將該裝置帶到游泳池,進行相關的測量研究。(導線重力與體積均不計,g取10N/kg)求:
(1)當把探頭A剛好全部浸沒到池水中時,探頭A底部受到的壓力為1N,探頭A的底面積為多少?
(2)用手拉住導線,將探頭A緩慢下降到池水中某一深度(探頭A不接觸池底),此時電流表的示數為0.3A,探頭A底部所在處水的深度h為多少?
(3)用手拉住導線,將探頭A下降到水深為2.6m的水平池底(但不與池底密合),且導線處於完全鬆弛狀態,此時電流表的示數是多少?
【回答】
(1)當把探頭A剛好全部浸沒到池水中時,探頭A底部受到的壓力為1N,探頭A的底面積為1.0×10﹣3 m2;
(2)電流表的示數為0.3A,探頭A底部所在處水的深度為1.5米;
(3)用手拉住導線,將探頭A下降到水深為2.6m的水平池底(但不與池底密合),且導線處於完全鬆弛狀態,此時電流表的示數是0.45A。
【解析】:
(1)探頭A高為0.1m,當把探頭A剛好全部浸沒到池水中時,則h=0.1m,
探頭A底部受到水的壓強:
p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa;
因探頭A底部受到的壓力為1N,根據p可得,探頭A的底面積:
S1.0×10﹣3 m2;
(2)由I可得,此時壓敏電阻的阻值:
R15Ω,
由圖可知,此時壓敏電阻受到的壓力為F′=15N,
則此時探頭底部受到水的壓強:
p′1.5×104Pa,
由p=ρgh可得,探頭A底部所在處水的深度:
h′1.5m;
(3)將探頭A下降到水深為2.6m的水平池底,A底部受到水的壓強:
p″=ρ水gh″=1×103kg/m3×10N/kg×2.6m=2.6×104Pa,
A底部受到水產生的壓力:
F水壓=p″S=2.6×104Pa×1.0×10﹣3 m2=26N,
根據阿基米德原理可得,探頭A受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=ρ水gSh=1×103kg/m3×10N/kg×1.0×10﹣3m2×0.1m=1N,
因探頭A處於靜止狀態(且繩子拉力為0),受到平衡力的作用,則F支持+F浮=GA,
所以,池底部對A的支持力:
F支持=GA﹣F浮=5N﹣1N=4N,
則壓敏電阻底部受到的壓力:
F=F支持+F水壓=4N+26N=30N,由圖乙知,此時壓敏電阻的阻值為10Ω,
由歐姆定律可得,電流表示數:
I′0.45A。
知識點:九年級下
題型:計算題