Question

小強利用壓力傳感器、電磁繼電器、阻值可調的電阻R等元件，設計了一個汽車超載自動報警電路，如圖1所示．他了解到這種壓力傳感器所受壓力越大時，輸出的電壓U就越大，二者的關系如圖2所示．閉合開關S，當繼電器線圈中電流大于或等于20 mA時，銜鐵被吸合．已知傳感器的輸出電壓U即為繼電器控制電路的電源電壓，線圈的電阻為20 Ω．

(1)車輛不超載時，工作電路中綠燈亮；當傳感器所受壓力增大到一定程度時，紅燈亮，說明汽車超載．請你判斷燈________(選填“L₁”或“L₂”)是紅燈．

(2)某水平公路橋禁止質量大于或等于20t的車輛通行，要用小強設計的裝置為此橋報警，R的阻值應調節為多少？g取10 N/kg．

(3)在水平路面上，要使該裝置報警，通過車輛的最小重力為多少？

(4)請你運用所學物理知識，說明超載的一項危害．

Answer 1

答案：（1）L2；（2）；（3）（4）①質量大,慣性大,不易于剎車.②.超載后,重心高,不穩定.容易翻車③質量大對路面壓力大,易損壞路面.④質量大，在同樣速度下其動量也大，發生碰撞時產生撞擊力大，所造成更大的損害。

分析：（1）壓力增大時，控制電路電源電壓增大，電磁鐵中的電流隨即增大，電磁鐵的磁性增強，向下吸引銜鐵與下面的靜觸點接觸，燈L2發光，所以L2是紅燈；
（2）質量為20噸的車輛通過公路橋時，對橋梁的壓力為：
由圖像可知，當壓力為時，輸出電壓即控制電路的電源電壓為1V，此時電路中的總電阻為：
，R的阻值應調節為：
（3）使裝置報警的最小電流為0.02A，當R的阻值為0時，電源電壓最小，其值為：
，從圖像可知，當電壓為0.4V時，壓力為，所以通過車輛的最小的重力為。