- 实验：传感器的应用
- 共123题
某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数k=120 N/m，自然长度10=1m弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是不导电的材料制成的。迎风板面积s=0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向，电路的一端与迎风板相连，另一端在M点与金属杆相连，迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好，定值电阻R=1.0Ω，电源的电动势E=12 V，内阻r=0.5Ω。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U1=9.0 V，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为U2=6.0V（电压表可看作理想表）。求：
（1）金属杆单位长度的电阻；
（2）此时作用在迎风板上的风力。
正确答案
解：设无风时金属杆接人电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得
（1）无风时：
所以金属杆单位长度的电阻
（2）有风时：
此时，弹簧长度
压缩量
由平衡得此时风力：
在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量，如图所示为电子秤的原理图，托盘和弹簧的电阻与质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表示数为零。滑动变阻器的总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻的阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想表，当长盘上放上某物体时，电压表的示数为U，求此时称量物体的质量。
正确答案
解：设托盘上放上质量为m的物体时，弹簧的压缩量为x，由题设知：
由全电路欧姆定律知：
联立①②③求解得
现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图，说明工作过程。
正确答案
热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路
（1）电路图如图所示
（2）工作过程：闭合S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，K接通，电炉丝加热。当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值，又重复前述过程。
如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性设计一个自动光控电路。
正确答案
由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示：
控制过程是：当有光照射时，流过光敏电阻的电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合使两个常闭触点断开；当无光照时，流过光敏电阻的电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个常闭触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作。
图甲是某研究性学习小组自制的电子秤原理图，利用电压表的示数来指示物体的质量。托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当盘中没有放物体时，电压表示数为零。设变阻器总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，若不计一切摩擦和其他阻力。
（1）试推出电压表示数Ux与所称物体质量m的关系式。
（2）由（1）计算结果可知，电压表示数与待测物体质量不成正比，不便于进行刻度，为了使电压表示数与待测质量成正比，请你利用原有器材在该小组研究的基础上进行改进， 在图乙的基础上完成改进后的电路图，并推出电压表示数Ux与待测物体质量m的关系式。
正确答案
解：（1）设变阻器的上端到滑动端的长度为x，根据题意得，
mg=kx，Rx=xR/L，
联立求解，得
（2）电路图如图，mg=kx，Rx=xR/L，
则
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