问题 问答题

加速度计是测定物体加速度的仪器.在现在代科技中它已成为导弹,飞机,潜艇或者宇宙飞船制导系统的信息源,如图所示为应变式加速度计,当系统加速时,加速度计中的敏感元件也处于加速状态,敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器R上自由的滑动,当系统加速时,敏感元件发生位移,并转换成电信号输出.

已知敏感元件的质量为m,两侧弹簧的劲度系数均为k,电源电动势为E,内阻不变,滑动变阻器总电阻为R,有效长度为L,系统静止时滑片位于滑动变阻器中央,电压表指针恰好位于表头刻度盘的中央.求:

(1)系统加速度a与电压表示数U的函数关系式.

(2)将电压表的刻度盘改为加速度的示数后,其刻度是均匀的还是不均匀的?为什么?

(3)若电压表的指针指向满刻度的3/4位置,此时系统处于加速状态还是减速状态?加速度的值是多大?(设向右方向为飞行器前进的方向)

答案

(1)系统静止时敏感元件两端弹簧位于自然状态,

设系统以加速度a右加速运动,敏感元件向左移动的位移为x,由胡克定律和牛顿第二定律可得:

a=

F
m
=
2kx
m
…①

此时电压表的示数由欧姆定律可得:

U=E

L
2
-x
L

解得:

x=

L
2
-
UL
E

带入①得:

a=

kL(E-2U)
mE
…②

(2)由上式可知,系统加速度与电压表示数之间成一次函数关系,凡因变量与自变量间成一次函数的测量仪表刻度盘刻度都是均匀的.

(3)当电压表的指针指向满刻度的

3
4
时,

U=

3E
4
,带入②得:

a=

kL(E-2U)
mE
=a=
kL(E-2×
3E
4
)
mE
=-
kL
2m

式中负号表示加速度方向向左,因此系统在做减速运动.

答:(1)系统加速度a与电压表示数U的函数关系式a=

kL(E-2U)
mE

(2)由a=

kL(E-2U)
mE
可知,系统加速度与电压表示数之间成一次函数关系,凡因变量与自变量间成一次函数的测量仪表刻度盘刻度都是均匀的

(3)若电压表的指针指向满刻度的3/4位置,此时系统处于减速状态,加速度的值为a=-

KL
2m

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