加速度計作為測定運動物體加速度的儀器,已被廣泛應用。如圖甲所示是測定水平方向運動物體的加速度的儀器裝置原理圖:水平光滑桿AB固定在待測系統上,桿上套一質量為m的滑塊,滑塊兩側分別與勁度系數為k的彈簧相連,兩彈簧的另一端與固定壁相連,彈簧處于自然長度;瑝K下端有一滑動臂,可在滑動變阻器R上滑動(不計阻力)。待測系統靜止時滑塊觸頭P位于變阻器R的中點處。當系統在水平方向加速運動時,可將其加速度轉換成電壓信號從電壓表輸出。
已知滑塊質量m=1.0kg,彈簧的勁度k=100N/m。電源電動勢E=12V,內阻不計,滑動變阻器的總電阻R=100Ω,有效長度L=10cm,電壓表的量程為10V。設A→B方向為速度及加速度的正方向。試求:
(1)該加速度計所測量的加速度的范圍;
(2)為保證電壓表能正常使用,電路中保護電阻R
0至少為多大?
(3)根據R
0的最小值,寫出待測系統沿A→B做變速運動時,加速度
a與電壓表輸出電壓U的關系式
a=
f (U);
(4)為了直接讀取加速度值,將電壓表盤上的電壓刻度改成相對應的加速度刻度,并將對應的加速度值填入圖乙中電壓表盤面中的小圓圈內。