油箱内油量的测量

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  同学们,我们知道,所有的汽车都有油箱,里面装着汽车必需的“血液”——燃油,可是,你知道油箱内的油量是如何在油量表上显示出来的吗?今天,我们就利用所学过的物理知识来揭开它神秘的面纱.
  汽车上的油量表一般为磁电式油量表,如图1,当指针指在“F”位置时,表示油箱中的油已加满;当指针指在“E”位置时,表示需要加油.
  


  油量表一般采用磁电式交叉线圈结构,其内部结构如图乙、丙中的虚线部分:1—锌合金接合片;2、7调整固定螺钉(可以调整铁心在锌合金接合片上的位置);3、4—铁心;5—衔铁.
  传感器:油量表的传感器可以将油箱内油量的变化转变为电路中电流的变化,从而在油量表上显示出来.根据其工作原理,传感器可分为两种:滑线电阻式传感器和干簧管式传感器.(如图2和3中虚线框内)
  


  电路连接情况:R′为定值电阻,6为滑线电阻器,乙电路中,电磁铁3和滑线电阻器串联,然后和电磁铁4并联;丙图中,电磁铁3和压敏电阻Rx(电阻随压力的变化而变化)串联,然后和电磁铁4并联.
  工作原理:如图2(3),当被测油箱内的油位变化时,图2中传感器的浮标随之上下移动,滑线电阻的阻值发生改变,(图3中压敏电阻Rx的阻值随着受到的压强的变化而变化)从而使电磁铁3线圈中的电流大小发生变化,电磁铁3的磁场相应随之变化,从而带动了与磁钢结合在一起的指针,使指针发生偏转,从而显示油量变化.(上面过程中,电磁铁4中的电流不变,磁场也不变)
  我们知道,把社会、生活和物理知识紧密联系起来,这是我们学习物理的一个方向.下面让我们来研究有关油量测量的两个问题.
  


  例1 如图4所示是某同学设计的一个能够测定油箱内油面高度的装置,油量表是由学生用电流表改装而成的,滑动变阻器R的金属滑片P是杠杆的一端,当P在a端时电路中的电流为0.6A,表示油箱已满;当P在b端时电路中的电流为0.1A表示油箱内无油.
  (1)在改装表盘时,当他选择的滑动变阻器R的最大阻值为50Ω时,他应选择的电源电压值和R的阻值是多少?
  (2)若油箱的容积为50L,请你按该同学的改装,在电流表表盘上标出油量值为0L、40L、50L的位置(滑动变阻器接入的阻值随浮标升降均匀变化).
  解析这道题目涉及浮力、杠杆、欧姆定律等方面的知识,巧妙地把这些知识的考查与生活紧密联系起来,体现了物理、生活密不可分的特点.
  答案
  (1)设电源的电压为U则
  当P在a端时,U=0.6A×R′①
  当P在b端时,U=0.1A×(50Ω+R′)②
  由①式和②式可得U=6V,R′=10Ω.
  (2)因为R=50Ω、I=0.1A时,油箱内无油,则在电流表上0.1A处应标0L,R=0Ω、I=0.6A时,油箱已满,则在电流表上0.6A处应标50L,又由于滑动变阻器接入的阻值随浮标升降均匀变化,所以当R=10Ω时,油量应为40L,此时电路中的电流应为I=U/(R+R′)=6V/(10Ω+10Ω)=0.3A.(如图6所示)
  


  例2如图7所示,为某新型汽车自动测定油箱内油面高度的电路原理图,其中电源电压恒为6V,R′为定值电阻,A为油量指示表(实质是一只量程为0~0.6A的电流表),Rx为压敏电阻(其阻值随表面受到压强的增大而减小).关于压敏电阻Rx的阻值与所受液体压强的对应关系如下表所示.
  


  (1)油箱是一个圆柱形容器,底面积为0.15m2,油箱内汽油高度达到60cm时油箱即装满,问油箱装满时汽油的质量为多少?此时汽油对油箱底部压敏电阻的压强为多大?(汽油密度为0.71×103kg/m3,取g=10N/kg)
  (2)油箱装满时,油量指示表的示数如图8所示,求定值电阻R′的阻值?
  (3)当油箱内汽油用空时,油量指示表的指针指向某一位置,求此位置所对应的电流?
  (4)假如某品牌汽车配用该油箱,它的发动机的效率为23%,当汽车以60km/h的速度做匀速直线运动时,受到地面的阻力约为500N,则理论上一满箱油可供汽车行驶多少距离?(汽油的热值为4.6×107J/kg)
  解析
  本题综合了力学、热学、电学知识,考察学生把学习到的物理概念、规律进行适当地重组与整合,变成解决现实中具体问题的工具.
  答案
  


  可以看出,物理知识无处不在,无处不有,它时刻伴随在你我身边,汽车上还有水温表如图9,你知道它的工作原理吗?只要做个有心人,你一定会有更大收获。
  


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