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神州七号载人飞船在太空真空状态下飞行,要求飞船的舱门必须具有良好的密封性,以确保航天员的生命安全.为此,要在发射前检验飞船舱门的密封性能,科研人员采用了如下的检验方法
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神州七号载人飞船在太空真空状态下飞行,要求飞船的舱门必须具有良好的密封性,以确保航天员的生命安全.为此,要在发射前检验飞船舱门的密封性能,科研人员采用了如下的检验方法:将待检验的飞船舱体M置于一个集气空腔N中,如下图甲所示.为了模拟飞船飞行时的真实环境,先对舱体M充入压强为1.0×105pa的空气,然后,把集气空腔N抽成真空,集气空腔N不漏气.若飞船舱门漏气,经过一段时间便会有气体从舱体M进入集气空腔N中,舱体M中的压强将减小,集气空腔N中的压强将增大.为了测量舱体M和集气空腔N中的压强,设计了如下图甲中所示的电路.其中,RM、RN是两个完全相同的力敏电阻(电阻值会随所受压强大小发生变化的可变电阻).已知舱体M的容积为V,集气空腔N真空部分的容积为4V,飞船舱门的面积是0.6m2,不计舱体M器壁的体积,整个过程温度不变.电路中R0的阻值为10Ω,电源电压恒为9V.力敏电阻RM、RN的阻值随气体压强变化的关系如下表:
请回答下列问题:
(1)若飞船舱门漏气,空气从舱体M中缓慢逸出过程中,当单刀双掷开关S接a,电流表的示数______,电压表的示数______(选填“变大”、“不变”、“变小”).
(2)若在检验过程中的某时刻,开关S接a,电压表为4.5V;开关S接b时,电流表的示数为0.18A.则该时刻舱体M和集气空腔N中的气压分别为多少?此时舱门受到的内外压力差是多少?
(3)实验表明,一定质量的气体在温度不变的情况下,压强随体积的变化如图乙所示.若空气从舱体M中逸出,经过一定的时间后,M、N中的压强相等,则此时电流表和电压表的读数分别是多少(开关S接在b处)?
力敏电阻受到的气压 (×105 Pa) | 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 |
力敏电阻对应的电阻值(Ω) | 50 | 40 | 30 | 22 | 15 | 12 | 10 | 8 | 6 | 5 | 4 |
(1)若飞船舱门漏气,空气从舱体M中缓慢逸出过程中,当单刀双掷开关S接a,电流表的示数______,电压表的示数______(选填“变大”、“不变”、“变小”).
(2)若在检验过程中的某时刻,开关S接a,电压表为4.5V;开关S接b时,电流表的示数为0.18A.则该时刻舱体M和集气空腔N中的气压分别为多少?此时舱门受到的内外压力差是多少?
(3)实验表明,一定质量的气体在温度不变的情况下,压强随体积的变化如图乙所示.若空气从舱体M中逸出,经过一定的时间后,M、N中的压强相等,则此时电流表和电压表的读数分别是多少(开关S接在b处)?
▼优质解答
答案和解析
(1)当空气从舱体M中缓慢逸出过程中,舱体的压强变小;
由表格数据可知,力敏电阻的阻值变大,电路的总电阻变大;
根据欧姆定律可知,电路中的电流变小,电阻R0两端的电压变小,即电流表和电压表的示数都变小.
(2)当开关S接a时,U0=4.5V,
电路中的电流I=
=
=0.45A,
则RM=
=
=
=10Ω,
查表可知RM=10Ω时对应的气压值为0.6×105Pa;
开关S接b时,I′=0.18A,
电路的总电阻R=
=
=50Ω,
所以RN=R-R0=50Ω-10Ω=40Ω,
查表可知RN=40Ω时对应的气压值为0.1×105Pa;
此时舱门受到的内外压力差△F=△PS=(0.6×105Pa-0.1×105Pa)×0.6m2=3×104N.
(3)由题意和图象可知,当M、N中的气体压强相等时,M、N中的气压值均为0.2×105Pa;
查表可知,此时RM、RN的电阻值均为30Ω,
所以电路中的电流I″=
=
=0.225A,
即电流表的示数为0.225A;
R0两端的电压U0″=I″×10Ω=0.225A×10Ω=2.25V,
即电压表的示数为2.25V.
答:(1)变小,变小;
(2)舱体M中的气压为0.6×105Pa,集气空腔N中的气压为0.1×105Pa,此时舱门受到的内外压力差为3×104N;
(3)M、N中的压强相等时电流表和电压表的读数分别0.225A、2.25V.
由表格数据可知,力敏电阻的阻值变大,电路的总电阻变大;
根据欧姆定律可知,电路中的电流变小,电阻R0两端的电压变小,即电流表和电压表的示数都变小.
(2)当开关S接a时,U0=4.5V,
电路中的电流I=
U0 |
R0 |
4.5V |
10Ω |
则RM=
UM |
I |
U-U0 |
I |
9V-4.5V |
0.45A |
查表可知RM=10Ω时对应的气压值为0.6×105Pa;
开关S接b时,I′=0.18A,
电路的总电阻R=
U |
I′ |
9V |
0.18A |
所以RN=R-R0=50Ω-10Ω=40Ω,
查表可知RN=40Ω时对应的气压值为0.1×105Pa;
此时舱门受到的内外压力差△F=△PS=(0.6×105Pa-0.1×105Pa)×0.6m2=3×104N.
(3)由题意和图象可知,当M、N中的气体压强相等时,M、N中的气压值均为0.2×105Pa;
查表可知,此时RM、RN的电阻值均为30Ω,
所以电路中的电流I″=
U |
RN+R0 |
9V |
30Ω+10Ω |
即电流表的示数为0.225A;
R0两端的电压U0″=I″×10Ω=0.225A×10Ω=2.25V,
即电压表的示数为2.25V.
答:(1)变小,变小;
(2)舱体M中的气压为0.6×105Pa,集气空腔N中的气压为0.1×105Pa,此时舱门受到的内外压力差为3×104N;
(3)M、N中的压强相等时电流表和电压表的读数分别0.225A、2.25V.
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