Question

科学兴趣小组设计一款集水位测量、自动注水和贮满报警等功能为一体的蓄水装置，工作原理如图甲所示，电源电压15 V保持不变，R₀是阻值为10 Ω的定值电阻，R₁是长20 cm、阻值为20 Ω的电阻丝，滑片P把电阻丝与轻质弹簧的指针连在一起．重200 N的圆柱体金属块M高为80 cm、底面积为200 cm²，并悬挂在阻值忽略不计的轻质弹簧下端．闭合开关S后，当水箱中水位下降至最低警戒线A处时，M的下表面刚好与水面齐平，开始注水；当水箱中水位升高至最高警戒线B处时，M刚好浸没在水中，此时滑片P恰在R₁最上端，水泵自动停止注水，同时电铃发出响声报警．已知弹簧所受拉力F与其伸长量ΔL的关系如图乙所示．(注：电磁铁线圈的电阻忽略不计，ρ_水＝1.0×10³ kg/m³，g取10 N/kg)试问：

(1)闭合开关S，电磁铁的上端是______ (选填“N”或“S”)极；当水位上升时，电压表的示数______ (选填“变大”“变小”或“不变”)；

(2)当水位处于最高处时，电阻R₀消耗的电功率是______？

(3)水箱中水位处于A点时，开始给水箱蓄水，水位上升，当圆柱体露出水面部分的长度为30 cm时，电压表示数为______？

(4)若要将该自动蓄水装置最高警戒水位适当调低，可采取的措拖是______。(答出一点即可)

Answer

N 变大 2.5 W 7.5 V 使线圈的匝数减少

【解析】

【解析】
(2)当水位处于最高处时，滑片P恰好在R1的最上端，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，电路中的电流I＝＝＝0.5 A

电阻R0的电功率P＝I2R0＝(0.5 A)2×10 Ω＝2.5 W

(3)当蓄水时，水位上升，圆柱体露出水面部分的长度为30 cm时，圆柱体受到的浮力增加量

ΔF浮＝ρgV排＝ρgSh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×200×10－4 m2×(80－30)×10－2 m＝100 N

弹簧对圆柱体减小的拉力ΔF＝ΔF浮＝100 N

由图像可知，此时弹簧测力计的伸长量缩短10 cm，即轻质弹簧指针从最低处上升10 cm

滑动变阻器接入电路中的阻值R1′＝20 Ω－×10 cm＝10 Ω

电路中的电流I′＝＝＝0.75 A

电压表示数U′＝I′×R1′＝0.75 A×10 Ω＝7.5 V

(4)若要使该自动蓄水装置最高警戒水位适当调低，应使在电流相同时继电器中电磁铁的磁性减弱，可以使线圈的匝数减少