Question

【題目】為響應市政府提出的“創(chuàng)建海綿型城市”的號召，小科設計了如圖所示的市政自動排水裝置模型，控制電路由電壓為12V、最大容量為6000mAh的蓄電池供電，蓄電池用“發(fā)電玻璃”制成的太陽能電板充電。R0為定值電阻，R為壓敏電阻，壓敏電阻通過杠桿ABO與圓柱形浮體相連，，壓敏電阻的阻值隨壓力變化的關系如下表：（壓板、杠桿和硬質連桿的質量及電磁鐵線圈電阻忽略不計，所用綠燈紅燈及排水泵的額定電壓均為220V）

壓敏電阻受到的壓力F/N	60	120	180	240	300	360	420	480	…
壓敏電阻R阻值/Ω	400	260	180	125	100	80	65	55	…

(1)按照設計要求，當水位上升到浮體剛好全部浸入水中時，壓敏電阻受到壓力為360N，通過電磁鐵線圈的電流為100mA，排水泵啟動；定值電阻R0的阻值為多少____？該浮體重力為10N，浮體剛好全部浸入水中時受到的浮力為多少N____？

(2)在實際調試過程中，小科發(fā)現水位已達到安全位置上限，但排水裝置還未啟動。如果在其他條件保持不變的前提下，要使排水裝置符合設計要求，應該將與壓敏電阻相連的壓板向_____（填“左”或“右”）移動；

(3)若選用額定功率為5kW的排水電動機，排水泵機械效率為80%，工作2小時能將多少kg的水抽到6米高處____？（g=10N/kg）

(4)“發(fā)電玻璃”面積為0.2m2，其光電轉化率為10%，要對沒有電的控制電路蓄電池充滿電需要多少小時____？（太陽能輻射到每平方米地面上的平均功率按1kW計算）

Answer 1

【答案】40Ω 100N 右 6米 3.6

【解析】

(1)當浮體剛好全部浸入水中時，壓敏電阻受到壓力為360N，通過電磁鐵線圈的電

I=100mA=0.1A

由表中數據知，此時壓敏電阻的阻值R=80Ω，因串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，所以由可得定值電阻R0的阻值

設此時連桿對A端的作用力為FA，壓敏電阻對B處的作用力為FB，由杠桿的平衡條件可得

由力作用的相互性可知，A端對浮體向下的壓力

由力的平衡條件可得，此時浮體受到的浮力

(2)制作壓敏電阻的材料屬于半導體；在實際調試過程中，小科發(fā)現水位已達到安全位置上限，但排水裝置還未啟動，則控制電路的電流太小，如果在其他條件保持不變的前提下，要使排水裝置符合設計要求，應減小控制電路中的電阻以增大控制電路中的電流，由表格數據可知，應增大壓敏電阻受到的壓力，在A端作用力和動力臂不變的情況下，由杠桿平衡條件知，將壓板向右移動時，減小了阻力臂，可增大對壓敏電阻的壓力。

(3)由可得，排水電動機工作2h消耗的電能

電動機消耗的電能轉化為水的機械能

由W=Gh=mgh可得，能抽到6m高處水的質量

(4) )蓄電池充滿電時儲存的電能

因發(fā)電玻璃的光電轉化率為10%，所以發(fā)電玻璃接收到的太陽能

由E=PSt可得蓄電池充滿電需要的時間

答：(1)定值電阻R0的阻值為40Ω；該浮體重力為10N，浮體剛好全部浸入水中時受到的浮力為100N；

(2)應將壓板向右移動；

(3)工作2小時能將4.8×105kg的水抽到6米高處；

(4)要對沒有電的控制電路蓄電池充滿電需要3.6小時。