所有的汽車都有油箱,里面裝著汽車必需的“血液”——燃油,可是,你知道油箱內(nèi)的油量是如何在油量表上顯示出來的嗎?今天,我們就利用所學(xué)過的物理知識來揭開它神秘的面紗。
汽車上的油量表一般為磁電式油量表,如圖甲,當(dāng)指針指在“F”位置時,表示油箱中的油已加滿;當(dāng)指針指在“E”位置時,表示需要加油。
油量表一般采用磁電式交叉線圈結(jié)構(gòu),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖乙、丙中的虛線部分:1—鋅合金接合片;2、7—調(diào)整固定螺釘(可以調(diào)整鐵心在鋅合金接合片上的位置);3、4—鐵心;5—銜鐵。
傳感器:油量表的傳感器可以將油箱內(nèi)油量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐分须娏鞯淖兓?,從而在油量表上顯示出來。根據(jù)其工作原理,傳感器可分為兩種:滑線電阻式傳感器和干簧管式傳感器。(如圖乙和丙中虛線部分)
電路連接情況:R'為定值電阻,6為滑線電阻器,乙電路中,電磁鐵3和滑線電阻器串聯(lián),然后和電磁鐵4并聯(lián);丙圖中,電磁鐵3和壓敏電阻R(電阻隨壓力的變化而變化)串聯(lián),然后和電磁鐵4并聯(lián)。
工作原理:如圖,當(dāng)被測油箱內(nèi)的油位變化時,乙圖中傳感器的浮標隨之上下移動,滑線電阻的阻值發(fā)生改變(丙圖中壓敏電阻R的阻值隨著受到的壓強的變化而變化),從而使電磁鐵3線圈中的電流大小發(fā)生變化,電磁鐵3的磁場相應(yīng)隨之變化,從而帶動了與磁鋼結(jié)合在一起的指針,使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),顯示油量變化。(上述過程中,電磁鐵4中的電流不變,磁場也不變)
把社會、生活和物理知識緊密聯(lián)系起來,這是我們中考考查方式發(fā)展的一個方向。下面讓我們來看兩道有關(guān)油量問題的題目:上面的乙圖和丙圖可以簡化為下面兩個圖(R為滑動變阻器,R'為定值電阻,R為壓敏電阻)。
【中考“零距離”】
例題1:如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的一個能夠測定油箱內(nèi)油面高度的裝置,油量表是由學(xué)生用電流表改裝而成的,滑動變阻器R的金屬滑片P是杠桿的一端,當(dāng)P在a端時電路中的電流為0.6A,表示油箱已滿;當(dāng)P在b端時電路中的電流為0.1A,表示油箱內(nèi)無油。
滑動變阻器R的最大阻值為50歐時,他應(yīng)選擇的電源電壓值和R'的阻值是多少?
(2)若油箱的容積為50L,請你按該同學(xué)的改裝,在電流表表盤上標出油量值為0L、40L、50L的位置(滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化)。
【分析】
這道題目涉及浮力、杠桿、歐姆定律等方面的知識,巧妙地把這些知識的考查與生活緊密聯(lián)系起來,體現(xiàn)了物理、生活密不可分的特點。
【答案】
?。?)設(shè)電源的電壓為U,則
當(dāng)P在a端時:U=0.6A×R′ ①
當(dāng)P在b端時:U=0.1A×(50Ω+R′) ②
由①式和②式可得:U=6VR′=10Ω
?。?)因為R=50Ω,I=0.1A時,油箱內(nèi)無油,則在電流表上0.1A處應(yīng)標0L
R=0Ω,I=0.6A時,油箱已滿,則在電流表上0.6A處應(yīng)標50L
又由于滑動變阻器接入的阻值隨浮標升降均勻變化,所以當(dāng)R=10Ω時,油量應(yīng)為40L,此時電路中的電流應(yīng)為I=U/(R+R′)=6V/(10Ω+10Ω)=0.3A(如圖所示)
例題2:如下圖所示,為某新型汽車自動測定油箱內(nèi)油面高度的電路原理圖,其中電源電壓恒為6V,R'為定值電阻,A為油量指示表(實質(zhì)是一只量程為0—0.6A的電流表),R為壓敏電阻(其阻值隨表面受到壓強的增大而減?。?。關(guān)于壓敏電阻R的阻值與所受液體壓強的對應(yīng)關(guān)系如下表所示。
?。?)油箱是一個圓柱形容器,底面積為0.15m,油箱內(nèi)汽油高度達到60cm時油箱即裝滿,問油箱裝滿時汽油的質(zhì)量為多少?此時汽油對油箱底部壓敏電阻的壓強為多大?(汽油密度為0.71×10kg/m,取g=10N/kg)
?。?)油箱裝滿時,油量指示表的示數(shù)如圖甲所示,求定值電阻R'的阻值?
?。?)當(dāng)油箱內(nèi)汽油用空時,油量指示表的指針指向某一位置,求此位置所對應(yīng)的電流?
(4)假如某品牌汽車配用該油箱,它的發(fā)動機的效率為23%,當(dāng)汽車以60km/h的速度做勻速直線運動時,受到地面的阻力約為500N,則理論上一滿箱油可供汽車行駛多少距離?(汽油的熱值為4.6×10J/kg)
【分析】
本題綜合了力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)知識,考查學(xué)生把學(xué)習(xí)到的物理概念、規(guī)律進行適當(dāng)重組與整合,變成解決現(xiàn)實中具體問題的工具。
【答案】
?。?)m=ρ?V=0.71×10kg/m×0.15m×0.6m=63.9kg
p=ρgh=0.71×10kg/m×10N/kg×0.6m=4260Pa
?。?)R===10Ω
當(dāng)P=4260Pa時,查表得R=5Ω,R'=R-R=10Ω-5Ω=5Ω
(3)當(dāng)油箱內(nèi)汽油用空時,P=4260Pa,R=45Ω,I===0.12A
?。?)因為F?S=mqη
所以s===1352.124km
從這兩道題目可以看出,物理知識無處不在,它時刻伴隨在你我身邊,汽車上還有水溫表,你知道它的工作原理嗎?只要做個有心人,你一定會有更大收獲。