油箱内油量的测量

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。