小强利用压力传感器、电磁继电器、阻值可调的电阻R等元件，设计了一个汽车超载自动报警电路，如图甲所示

Question

小强利用压力传感器、电磁继电器、阻值可调的电阻R等元件，设计了一个汽车超载自动报警电路，如图甲所示．他了解到这种压力传感器所受压力越大时，输出的电压U就越大，二者的关系如图乙所示．闭合开关S，当继电器线圈中电流大于或等于20mA时，衔铁被吸合．已知传感器的输出电压U即为继电器控制电路的电源电压，线圈的电阻为20Ω．（1）车辆不超载时，工作电路中绿灯亮；当传感器所受压力增大到一定程度时，红灯亮，说明汽车超载．请你判断灯______ （选填“L1”或“L2”）是红灯．（2）某水平公路桥禁止质量大于或等于20t的车辆通行，要用小强设计的装置为此桥报警，R的阻值应调节为多少？（g取10N/kg）（3）在水平路面上，要使该装置报警，通过车辆的最小重力为多少？

Answer 1

（1）由图示可知，车辆不超载时，衔铁接上端，L₁亮，车辆超载时，衔铁接下端，L₂亮，由题意知，L₂是红灯；
（2）车对水平地面的压力：
F=G=mg=20×10³kg×10N/kg=2×10⁵N，
由图象可知，此时的输出电压U=1V，
∵I=

U

R

，
∴电路总电阻：
R_总=

U

I

=

1V

0.02A

=50Ω，
电阻R的阻值：
R=R_总-R_线圈=50Ω-20Ω=30Ω；
（3）当R=0Ω要使报警器报警，输出电压最小，
∵I=

U

R

，
∴输出最小电压：
U₀=IR_线圈=0.02A×20Ω=0.4V，
由图象可知，此时压力传感器受到的压力：
F′=0.8×10⁵N=8×10⁴N．
答：（1）汽车超载．请你判断灯L₂是红灯；
（2）R的阻值应调节为30Ω；
（3）在水平路面上，要使该装置报警，通过车辆的最小重力为8×10⁴N．