图甲的储水容器底有质量0.5kg,底面积100cm2的长方体浮桶,桶上端通过轻质弹簧与紧贴力敏电阻的轻质绝缘片A相连,距容器底0.4m处的侧壁有排水双控阀门。控制电路如图乙所示,其电源电压U=12V,R0=10Ω,当电流表示数为0.6A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水。力敏电阻R与它所受压力F的对应关系如下表所示(弹簧均在弹性限度内)。求:
压力F/N | 2 | 4 | …… | 12 | 15 |
电阻R/Ω | 110 | 70 | …… | 16 | 10 |
(1)浮桶的重力是多少N?
(2)未加水时,力敏电阻所受压力为2N,电流表的示数是多少安?
(3)当容器内的水深达到多少米时,双控阀门才打开排水?
(1)浮桶的重力为5N。
(2)未加水时,力敏电阻所受压力为2N,电流表的示数是0.1A。
(3)当容器内的水深达到0.6米时,双控阀门才打开排水。
【解析】:(1)浮桶的重力:G=mg=0.5kg×10N/kg=5N。
(2)由表格数据知,力敏电阻所受压力为2N时,力敏电阻的阻值为110Ω,
电路的总电阻:R总=R0+R=10Ω+110Ω=120Ω,
电流表的示数:I0.1A;
(3)当电流表示数为0.6A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水,
此时电路中的总电阻:R总′20Ω,
此时力敏电阻的阻值:R′=R总′﹣R0=20Ω﹣10Ω=10Ω,
由表格数据知,此时力敏电阻所受压力为15N,根据物体间力的作用是相互的,所以弹簧给浮桶向下的压力也是15N,
浮桶受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和压力,这三个力平衡,
则此时浮桶受到的浮力:F浮=G+F=5N+15N=20N,
浮桶排开水的体积:
V排2×10﹣3m3=2000cm3,
则浮桶浸入水中的深度为:h120cm=0.2m,
当电流表示数为0.6A,且桶底升至阀门所处高度时,阀门才感应排水,
所以此时容器内水的深度:h=h1+h2=0.2m+0.4m=0.6m。