【分析】
首先明确电路结构:定值电阻$R_0$和力敏电阻$R$串联,电流表测电路总电流,解题时结合图乙的R-F对应关系、图丙的体重计示数随时间变化规律,逐个选项验证:
1. 先判断A选项:空载时压力为0,从图乙读取此时R的阻值,结合欧姆定律计算电路电流,显然不可能为0,直接排除A;
2. 验证B选项:已知电流为0.3A,先根据欧姆定律算出总电阻,减去$R_0$得到此时R的阻值,对应图乙得到压力大小,算出等效称量质量,结合图丙的分段特征:0~2s电梯加速上升超重、示数大于实际质量55kg,2~5s匀速示数等于55kg,5s后减速失重示数小于55kg,判断该质量对应的时间段,即可知B错误;
3. 验证C选项:体重增加时压力变大,R的阻值变小,根据串联分压规律,R两端电压减小,$R_0$两端电压增大,要让体重增加时电压表示数增大,电压表需要并联在电压随压力增大而变大的电阻两端,即可判断C错误;
4. 验证D选项:电压表并联在$R_0$上,量程0~3V,当电压表示数达到最大值3V时,电路电流最大,对应力敏电阻阻值最小、压力最大,依次算出此时的电流、R的阻值,对应图乙得到最大压力,最终算出最大称量质量,即可得到正确选项。
【解析】
解:由图甲可知,定值电阻$R_0$与力敏电阻$R$串联,电流表测电路中的电流:
选项A:闭合开关S,体重计空载时压力为0N,由图乙可知此时力敏电阻阻值$R=45\ \Omega$,总电阻$R_{\mathrm{总}}=R+R_0=45\ \Omega+5\ \Omega=50\ \Omega$,根据欧姆定律得电路电流$I=\frac{U}{R_{\mathrm{总}}}=\frac{6\ \mathrm{V}}{50\ \Omega}=0.12\ \mathrm{A}≠0\ \mathrm{A}$,A错误;
选项B:电流表示数为0.3A时,总电阻$R_{\mathrm{总}}'=\frac{U}{I'}=\frac{6\ \mathrm{V}}{0.3\ \mathrm{A}}=20\ \Omega$,此时力敏电阻阻值$R'=R_{\mathrm{总}}'-R_0=20\ \Omega-5\ \Omega=15\ \Omega$,由图乙可知$R'=15\ \Omega$对应的压力为600N,等效称量质量$m=\frac{F}{g}=\frac{600\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=60\ \mathrm{kg}$,结合图丙可知60kg大于同学实际质量55kg,对应电梯加速上升的0~2s超重阶段,并非2~5s的匀速阶段,B错误;
选项C:由图乙可知压力越大,力敏电阻R的阻值越小,根据串联分压规律,R两端电压越小,$R_0$两端电压越大,若体重增加时电压表示数增大,电压表应并联在$R_0$两端,而非R两端,C错误;
选项D:电压表并联在$R_0$上,量程为0~3V,当电压表示数达到最大值3V时,电路电流$I''=\frac{U_0}{R_0}=\frac{3\ \mathrm{V}}{5\ \Omega}=0.6\ \mathrm{A}$,恰好达到电流表量程上限,此时R两端电压$U_R=U-U_0=6\ \mathrm{V}-3\ \mathrm{V}=3\ \mathrm{V}$,力敏电阻阻值$R''=\frac{U_R}{I''}=\frac{3\ \mathrm{V}}{0.6\ \mathrm{A}}=5\ \Omega$,由图乙可知$R''=5\ \Omega$对应的压力为1400N,最大称量质量$m_{\mathrm{max}}=\frac{F_{\mathrm{max}}}{g}=\frac{1400\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}}=140\ \mathrm{kg}$,D正确。
【答案】D
【知识点】欧姆定律、串联电路特点、超重与失重
【点评】本题是力电综合类的传感器应用题,结合了力敏电阻的特性、串联电路规律、欧姆定律计算,同时关联电梯升降过程的超重失重运动分析,需要学生准确提取图像中的有效信息,逐个推导选项,易错点是串联分压的动态变化判断、不同电梯运动阶段的示数特征区分,对学生的综合分析能力有一定要求。
【难度系数】0.4