超速是引发交通安全事故的因素之一。物理兴趣小组设计了一种超速自动报警装置,当车速过快时,提醒驾驶员需要减速。如图甲所示为该装置的简化电路图,电源电压为 12V,定值电阻 R 为 10Ω,Rv为速度传感器,其阻值随车速变化的关系图像如图乙所示。由图乙可知,当汽车的行驶速度逐渐增大时,电压表的示数________(选填 “增大”“减小” 或 “保持不变”)。若车速达到 80km/h 时,提醒语音响起,观察到电压表示数为 10V;当电压表的示数为 8V 时,汽车速度为________km/h。

答案:增大;20
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由图可知,R 与 Rv串联,电压表测 Rv两端电压。由图像可知,速度增大,Rv阻值增大。总电阻变大,电源电压不变,电路电流变小;定值电阻 R 两端电压 UR变小,根据串联分压,Rv分得电压变大,电压表示数增大。
电压表示数 Uv=10V 时,定值电阻两端电压:UR=U−Uv=12V−10V=2V。
电路电流:I=UR/R=2V/10Ω=0.2A。
此时传感器电阻:Rv=Uv/I=10V/0.2A=50Ω。
由图像直线关系得到关系式:Rv = 1/2 v +10。
当电压表示数 Uv′=8V 时,定值电阻两端电压 UR′=12V−8V=4V。
电路电流:I′=UR′/R=4V/10Ω=0.4A。
此时传感器电阻:Rv′=Uv′/I′=8V/0.4A=20Ω。
将 Rv′=20Ω 代入关系式,解得车速 v′=20km/h。