加速度计是测定物体加速度的仪器.在现代科技中,它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源.图为应变式加速度计的示意图.当系统加速时,加速度计中的敏感元件也处于加速状态.敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上,支架与待测系统固定在一起,敏感元件的下端与滑动变阻器R上自由滑动的滑片连接在一起,当系统加速运动时,敏感元件发生位移并转换为电信号输出.
已知敏感元件是绝缘体,它的质量为m,两侧弹簧的劲度系数均为k,电源电动势为E,电源内阻不计,滑动变阻器的总电阻值为R,有效长度为l,静态时,输出电压为U0,试求:
(1)静态时,滑动变阻器的滑片到左端的距离x
(2)试推导加速度a与输出电压U的关系式.