汽車油箱內油量的測量

　　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，當指針指在“F”位置時，表示油箱中的油已加滿；當指針指在“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構，其內部結構如圖乙、丙中的虛線部分：1—鋅合金接合片；2、7—調整固定螺釘（可以調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油量的變化轉變為電路中電流的變化，從而在油量表上顯示出來。根據其工作原理，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，然后和電磁鐵4并聯；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，然后和電磁鐵4并聯。
　　工作原理：如圖，當被測油箱內的油位變化時，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生變化，電磁鐵３的磁場相應隨之變化，從而帶動了與磁鋼結合在一起的指針，使指針發生偏轉，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系起來，這是我們中考考查方式發展的一個方向。下面讓我們來看兩道有關油量問題的題目：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：如圖所示是某同學設計的一個能夠測定油箱內油面高度的裝置，油量表是由學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P在a端時電路中的電流為0.6A，表示油箱已滿；當P在b端時電路中的電流為0.1A，表示油箱內無油。
　　滑動變阻器R的最大阻值為50歐時，他應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系起來，體現了物理、生活密不可分的特點。
　　【答案】
　　（1）設電源的電壓為U，則
　　當P在a端時：U=0.6A×R′ ①
　　當P在b端時：U=0.1A×（50Ω+R′） ②
　　由①式和②式可得：U=6VR′=10Ω
　　（2）因為R=50Ω，I=0.1A時，油箱內無油，則在電流表上0.1A處應標0L
　　R=0Ω，I=0.6A時，油箱已滿，則在電流表上0.6A處應標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R=10Ω時，油量應為40L，此時電路中的電流應為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小）。關于壓敏電阻R的阻值與所受液體壓強的對應關系如下表所示。
　　
　　（1）油箱是一個圓柱形容器，底面積為0.15m，油箱內汽油高度達到60cm時油箱即裝滿，問油箱裝滿時汽油的質量為多少？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）
　　（2）油箱裝滿時，油量指示表的示數如圖甲所示，求定值電阻R'的阻值？
　　（3）當油箱內汽油用空時，油量指示表的指針指向某一位置，求此位置所對應的電流？
　　（4）假如某品牌汽車配用該油箱，它的發動機的效率為23％，當汽車以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、熱學、電學知識，考查學生把學習到的物理概念、規律進行適當重組與整合，變成解決現實中具體問題的工具。
　　【答案】
　　（1）m=ρ?V=0.71×10kg/m×0.15m×0.6m=63.9kg
　　p=ρgh=0.71×10kg/m×10N/kg×0.6m=4260Pa
　　（2）R===10Ω
　　當Ｐ＝4260Pa時，查表得R=5Ω，R'＝R－R＝10Ω-5Ω＝5Ω
　　（3）當油箱內汽油用空時，P＝4260Pa，R＝45Ω，I===0.12A
　　（4）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。