Question

18．某水果自动筛选装置（如图1所示），它能将质量小于一定标准的水果自动剔除．其原理如下：传送带上的水果经过检测区间时，使压敏电阻R的阻值发生变化．AB间的电压也随之发生改变．当U_AB＜3V时，机械装置启动，将质量不达标的小水果推出传送带，实现自动筛选功能．已知：电源电压为12V．R₀=20Ω，压敏电阻R的阻值随压力变化关系如图2所示．求：

（1）压力检测区间长20cm，传送带传送水果速度为0.4m/s，机械装置对不达标的小水果的做出判断的时间最多为多少秒？（水果大小忽略不计）
（2）当检测点上没有水果时，电路中的电流是多大？
（3）该装置能够剔除质量小于多少千克的水果？
（4）不同等级的水果筛选的质量标准是不同的．请你对电路进行改进，使该装置能够方便筛选不同水果．

Answer 1

分析 （1）根据检测区间的长度和传送带传送水果速度利用t=$\frac{s}{v}$求出做出判断的时间；
（2）由图2可知，当检测点上没有水果时压敏电阻的阻值，根据电阻的串联和欧姆定律求出电路中的电流；
（3）根据欧姆定律求出当U_AB=3V时电路中的电流，利用串联电路的电压特点求出R两端的电压，利用欧姆定律求出R的阻值，由图2得出对应水果的压力，水平面上水果的重力和压力相等，根据G=mg求出对应水果的质量即可得出答案；
（4）可以从电路的组装和器材的选择等方面提出改进的方法．

解答 解：（1）由v=$\frac{s}{t}$得，判断的时间：
t=$\frac{s}{v}$=$\frac{0.2m}{0.4m/s}$=0.5s；
（2）由图2可知，当检测点上没有水果时，R₁=100Ω，
∵串联电路中总电阻等于各分电阻之和，
∴根据欧姆定律可得，此时电路中的电流：
I=$\frac{U}{{R}_{1}+{R}_{0}}$=$\frac{12V}{100Ω+20Ω}$=0.1A；
（3）当U₀=3V时，电路中的电流：
I₁=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A，
∵串联电路中总电压等于各分电压之和，
∴压敏电阻两端的电压：
U₁=U-U₀=12V-3V=9V，
压敏电阻的阻值：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{9V}{0.15A}$=60Ω，
查图表得F=G=1N，
由G=mg可得，水果的质量：
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{1N}{10N/kg}$=0.1kg，
所以该装置能够剔除质量小于0.1kg的水果；
（4）将R₀改为可调电阻，如滑动变阻器、电阻箱，也可将变阻器与电流表串联连入电路，方便调节时观测．
答：（1）机械装置对不达标的小水果的做出判断的时间最多为0.5s；
（2）当检测点上没有水果时，电路中的电流是0.1A；
（3）该装置能够剔除质量小于0.1千克的水果．
（4）将R₀改为可调电阻，如滑动变阻器、电阻箱，也可将变阻器与电流表串联连入电路，方便调节时观测．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用，关键是根据题意得出剔除水果时R₀两端的电压和从图象中得出相关的信息．