Question

14．武進焦溪蜜梨皮薄、肉白、汁水多、個兒大，由于蜜梨皮特別薄，因此篩選時要特別小心．為提高篩選效率，小明設(shè)計了蜜梨自動篩選裝置（如圖甲所示），它能將質(zhì)量大于一定標準的蜜梨自動推出傳送帶裝箱．其原理如下：傳送帶上的蜜梨經(jīng)過檢測點時，使壓敏電阻R_x的阻值發(fā)生變化，當通過電磁繼電器的電流I≥0.15A時，銜鐵吸下，額定電壓為220V的電動機正常工作，機械裝置（圖乙中沒有畫出）啟動，將質(zhì)量達標的蜜梨推出傳送帶，實現(xiàn)自動篩選．已知：電源電壓為12V，定值電阻R₀=15Ω，繼電器線圈電阻R=5Ω，壓敏電阻R_x的阻值隨壓力變化關(guān)系如圖丙所示．求：（g=10N/kg）

（1）請根據(jù)題目要求，在圖乙中用筆畫線代替導線把電路連接完整．
（2）當檢測點上沒有水果時，電路中的電流是多大？
（3）通過計算說明，被推出傳送帶蜜梨的最小質(zhì)量是多少？
（4）不同等級的水果篩選的質(zhì)量標準是不同的，如果所選蜜梨的質(zhì)量都要在250g以上，請通過計算對電路進行改進，使該裝置能夠達到要求，并簡述你的方法．

Answer 1

分析 （1）電磁繼電器中最主要的部分就是電磁鐵，它是靠電磁鐵的原理來工作的．電磁繼電器的電路可分為控制電路和工作電路兩部分，當控制電路接通時，電磁鐵有磁性，吸引銜鐵；當電磁鐵無磁性時，銜鐵在彈簧的作用下被拉起；
（2）當檢測點上沒有水果時，壓敏電阻受到的壓力為0N，由圖丙可知此時壓敏電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流；
（3）根據(jù)歐姆定律求出當I=0.15A時電路中的總電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)求出壓敏電阻的阻值，根據(jù)圖乙得出蜜梨對壓敏電阻的壓力，根據(jù)水平面上物體的壓力和自身的重力相等和G=mg求出蜜梨的質(zhì)量即為被推出傳送帶蜜梨的最小質(zhì)量；
（4）根據(jù)水平面上物體的壓力和自身的重力相等以及G=mg求出250g密梨的壓力，根據(jù)圖乙讀出對應(yīng)壓敏電阻的阻值，此時通過電磁繼電器的電流I≥0.15A，據(jù)此改進的措施有①改變電源的電壓，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電源的電壓；②改變定值電阻的阻值，利用電阻的串聯(lián)得出定值電阻的阻值．

解答 解：（1）根據(jù)題意，當通過電磁繼電器的電流I≥0.15A時，銜鐵吸下，電動機正常工作，機械裝置啟動，將質(zhì)量達標的蜜梨推出傳送帶，否則電動機不能工作，所以電路連接如下圖：

（2）當檢測點上沒有水果時，壓敏電阻受到的壓力為0N，由圖丙可知壓敏電阻的阻值R_x=100Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，此時電路中的電流：
I=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{x}+R}$=$\frac{12V}{15Ω+100Ω+5Ω}$=0.1A；
（3）當通過電磁繼電器的電流I=0.15A時，推出蜜梨最小，
此時控制電路總電阻：
R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.15A}$=80Ω，
因串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，此時壓敏電阻的阻值：
R_x′=R_總-R-R₀=80Ω-5Ω-15Ω=60Ω，
由圖乙可知，其對應(yīng)壓力F=1N，
因水平面上物體的壓力和自身的重力相等，
所以，由G=mg可得，被推出傳送帶的蜜梨的最小質(zhì)量：
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{F}{g}$=$\frac{1N}{10N/kg}$=0.1kg=100g；
（4）如果所選蜜梨的質(zhì)量要在250g以上時，壓敏電阻受到的最小壓力：
F′=G′=m′g=250×10^-3kg×10N/kg=2.5N，
由圖乙可知，對應(yīng)的壓敏電阻阻值最大R_x′=40Ω，
改進方法有：
①減小電源電壓，使電源電壓U′=I（R₀+R+R_x）=0.15A×（15Ω+5Ω+40Ω）=9V；
②增大定值電阻的阻值，此時定值電阻的阻值R₀′=R_總-R_x′-R=80Ω-40Ω-5Ω=35Ω．
答：（1）電路的連接如上圖所示；
（2）當檢測點上沒有水果時，電路中的電流是0.1A；
（3）被推出傳送帶蜜梨的最小質(zhì)量是100g；
（4）改進方法有：
①減小電源電壓，使電源電壓為9V；
②增大的總電阻的阻值達到35Ω．

點評 本題考查了電磁繼電器的組裝和串聯(lián)電路的特點、歐姆定律重力公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是根據(jù)圖象得出壓力對應(yīng)的電阻和知道水平面上物體的壓力與自身的重力相等，難點是根據(jù)題意和電磁繼電器的原理進行組裝．