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简答题

如图甲所示,x轴沿水平方向,有一用钕铁硼材料制成的圆柱形强磁体M,其圆形端面分别为N极和S极,磁体的对称中心置于x轴的原点O.现有一圆柱形线圈C从原点O左侧较远处开始沿x轴正方向做匀速直线运动,圆形线圈的中心轴始终与x轴重合,且其圆面始终与x轴垂直,在线圈两端接一阻值R=500Ω的定值电阻.现用两个传感器,一个测得通过圆环的磁通量随圆环位置的变化图象,如图乙所示,另一个测得R两端的电压随时间变化的图象,如图丙所示.已知在乙图象的图线上x=6mm的点的切线斜率最大,丙图中时刻6s到10s之间的图线是直线.则圆形线圈做匀速直线运动的速度大小是______mm/s,6s至8s期间流过电阻R的电量是______C.

正确答案

线圈磁通量变化率最大时,电阻R两端的电势差最大,可知在-6mm处到6mm处U-t图线是直线.

所以v===3mm/s.

6s-8s电压均匀减小到零,则电流随时间均匀减小到零,抓住I-t图线与时间轴围成的面积等于流过的电量.

知q==C=4×10-6C.

故答案为:3;4×10-6

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简答题

在图甲中,电源的电动势E=9.0V,电源内电阻可忽略不计;G为小量程的电流表,电流表内阻Rg保持不变,R为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图乙的R-t图线所示.闭合开关S,当R的温度等于20°C时,电流表示数I1=2mA,则当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻R的温度为多少?

正确答案

由图线知t1=20°C时,R=4kΩ

据全电路欧姆定律,有I1=,代入数据得Rt=500Ω

同理有I2=,代入数据得 Rt′=2000Ω

由图线知此时 t2=120°C

即当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻R的温度为120°C.

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简答题

在实验研究课上,王明和夏青两位同学分别设计了如图甲,乙两图所示的电子秤.所用器材相同,电源电动势为E,内阻不计.可变电阻长为L,电阻为R.弹簧导电,劲度系数为k,其电阻不计.连接甲图中的电压表的导线可伸缩自由伸缩.不测量时指针P均在a处(如图中虚线所示).使电压表的示数与所称的重力对应便成为电子秤.

(1)不称重时,甲,乙两图中的电压表示数分别是多大?

(2)分别写出 对应于甲,乙两种设计,所称重力G与电压表的示数U以及E,k,L的关系式.

(3)比较甲,乙两个电路,哪一个比较好?为什么?

正确答案

(1)不称重时,甲图电压表读数为 0;乙图电压表读数表示路端电压,又由于电源内阻不计,所以读数为电源电动势E.

(2)当有重物放在电子秤盘时,弹簧的伸长量 △x=  ①

甲图由电路分压得电压表示数 U=E  ②

由①②式得 G=

乙图由电路分压得电压表示数 U=E  ③

由①③式得  G=

(3)甲好,因重力与电压表示数成正比,表的刻度均匀.

答:

(1)不称重时,甲,乙两图中的电压表示数分别是0,E.

(2)对于甲、乙所称重力G与电压表的示数U以及E,k,L的关系式分别为 G=,G=

(3)甲好,因重力与电压表示数成正比,表的刻度均匀.

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简答题

如图甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象,图中R0表示该电阻在0℃时的电阻值,已知图线的斜率为k.若用该电阻与电池(电动势为E、内阻为r)、理想电流表A、滑动变阻器R′串联起来,连接成如图乙所示的电路.用该电阻做测温探头,把电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”. 

(1)根据图甲,温度为t(t>0℃)时电阻R的大小为______.

(2)在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时,需要弄清所测温度和电流的对应关系.请用E、R0、R′(滑动变阻器接入电路的阻值)、k等物理量表示待测温度t与电流I的关系式t=______.

(3)如果某次测量时,指针正好指在在温度刻度的10℃到20℃的正中央,则测量值______15℃(填“大于”、“小于”或“等于”).

正确答案

(1)已知图线的斜率为k,根据数学知识得:电阻R的大小为 R=R0+kt.

(2)根据闭合电路欧姆定律得

   I=

又R=R0+kt

联立得 t=[-(R′+r+R0)];

(3)由上看出,t与I是非线性关系,与欧姆表类似,温度t的刻度是不均匀的,左密右疏,则知若指针正好指在在温度刻度的10℃到20℃的正中央,则测量值小于15℃.

故答案为:(1)R0+k t;(2)t=[-(R′+r+R0)];(3)小于

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简答题

有一种测量人体重的电子秤,其原理图如图中的虚线所示,它主要由三部分构成:踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(其实质是电流表).其中AO:BO=5:1.已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示:

设踏板和杠杆组件的质量可忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.68V,则:

(1)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处?

(2)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式.

(3)如果某人站在踏板上,电流表刻度盘示数为20毫安,这个人的体重是多少?

正确答案

(1)读表格可知,当压力为0时,压力传感器的电阻为300Ω,则电路中的电流I1===0.0156A=15.6mA;

(2)分析数据可知,当F每增大50N时,电阻R减小30Ω,因为电阻的最大值为300Ω,所以归纳得电阻R随压力F变化的函数关系式为:R=300-0.6F;

(3)当电流为20mA时,压力传感器的电阻为R2===234Ω,

根据R随压力F的变化函数关系R=300-0.6F得,F2=(300Ω-234Ω)÷0.6=110N,

设人的体重为G,根据杠杆的平衡条件得,F2•AO=G•BO

解得,G==110N×=550N

答:(1)该秤零刻度线应标在电流表刻度盘15.5毫安处;

(2)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式为R=300-0.6F;

(3)如果某人站在踏板上,电流表刻度盘示数为20毫安,这个人的体重是550N.

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简答题

图1中B为电源,电动势ε=27V,内阻不计.固定电阻R1=500Ω,R2为光敏电阻.C为平行板电容器,虚线到两极板距离相等,极板长l1=8.0×10-2 m,两极板的间距d=1.0×10-2m.S为屏,与极板垂直,到极板的距离l2=0.16m.P为一圆盘,由形状相同、透光率不同的三个扇形a、b和c构成,它可绕AA′轴转动.当细光束通过扇形a、b、c照射光敏电阻R2时,R2的阻值分别为1000Ω、2000Ω、4500Ω.有一细电子束沿图中虚线以速度v0=8.0×106m/s连续不断地射入C.已知电子电量e=1.6×10-19C,电子质量m=9×10-31kg.忽略细光束的宽度、电容器的充电放电时间及电子所受的重力.假设照在R2上的光强发生变化时R2阻值立即有相应的改变.

(1)设圆盘不转动,细光束通过b照射到R2上,求电子到达屏S上时,它离O点的距离y (计算结果保留二位有效数字).

(2)设转盘按图1中箭头方向匀速转动,每3秒转一圈.取光束照在a、b分界处时t=0,试在图给出的坐标纸上,画出电子到达屏S上时,它离O点的距离y随时间t的变化图线(0-6s间).要求在y轴上标出图线最高点与最低点的值.(不要求写出计算过程,只按画出的图线评分.)

正确答案

(1)设电容器C两板间的电压为U,电场强度大小为E,电子在极板间穿行时y方向上的加速度大小为a,穿过C的时间为t1,穿出时电子偏转的距离为y1,U=(1)

E=(2)

eE=ma    (3)

t1=(4)

y1=at12(5)

由以上各式得y1=()(6)

代入数据得

y1=4.8×10-3m   (7)

由此可见y1,电子可通过C.

设电子从C穿出时,沿y方向的速度为v,穿出后到达屏S所经历的时间为t2,在此时间内电子在y方向移动的距离为了y2

v=at1     (8)t2=(9)

y2=vt2    (10)

由以上有关各式得

y2=()(11)代入数据得

y2=1.92×10-2m   (12)

由题意y=y1+y2=2.4×10-2m  ( 13)

(2)由式6可求得在a和c时粒子在电场中的偏转位移,则可知当光照a时,电子打在极板上,无粒子打在屏中;

当光照在c上时,由式6、11和13可求得粒子在屏上偏转的距离,故答案如图所示.

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简答题

图(甲)所示的是安全恒温饮水机的自动控制电路.左边是一个对水加热的容器,内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关J,只要有水浸没J,它就会导通.RX是一个热敏电阻,低温时呈现高电阻,达到高温时(如水的沸点)呈现低电阻.RY是一个可变电阻,低温时RX>>RY,高温(水的沸点)时RX<<RY.中间虚线框内是一个逻辑门,A、B是逻辑门的输入端,Z是输出端.当A、B输入都为高电势时,Z才输出高电势.右边阴影框K内是一个继电器,当Z输出高电势时电磁线圈中有电流,S被吸动闭合,发热器工作.

(1)根据题意,填空:中间虚线框内是一个______逻辑门,该逻辑门的输入端A实现对______条件的控制、输入端B实现对______条件的控制.

(2)该加热电路中,电源的电动势为220V,内电阻为3.2Ω,电热器是一根额定电流为5A、总阻值为200Ω的均匀电阻丝制成的圆环形滑动变阻器,如图(乙)所示.求该电路安全工作时,电源的可能最高效率和可能最大输出功率分别是多少?

正确答案

(1)当A、B输入都为高电势时,Z才输出高电势,故中间虚线框内应是“与”逻辑门.

Rx是测量水温的与A相连,J是用来控制水位的与B相连,根据工作原理可知该逻辑门的输入端A实现对“水温是否较低”条件的控制、输入端B实现对“水位是否高于J位置”条件的控制.

故答案为:与;水温是否较低;水位是否高于J位置.

(2)①电源的效率 η====

可见当电阻丝并联电阻R′最大时,电源可能达到的效率最高 

由于R′=,当R1=(R-R1) 时,并联电阻达最大值

R′max=×Ω=50Ω 

所以  ηmax==×100%=94%  

②设电阻丝的一个支路电阻R1为允许的最小值 R1min 时,其电流恰达到额定电流

I0=5A,这时并联电阻丝达到允许的最大功率 

由闭合电路欧姆定律,得  I0R1min+(I0+)r=E

代入数据并整理,得  R21min-244 R1min+8160=0  

即 (R1min-40)(R1min-204)=0

解得   R1min=40Ω   (另一解大于200Ω,不合题意,舍去) 

这时并联电阻  R″==Ω=32Ω  

所以电源可能的最大输出功率为

Pmax=R″=×32 W=1250W 

答:①电源的可能最高效率为94%,②可能最大输出功率分别是1250W.

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简答题

某同学设计了一种“自动限重器”,如图(甲)所示.该装置由控制电路和工作电路组成,其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等.压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图(乙)所示.当货架承受的压力达到限定值,电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品.已知控制电路的电源电动势E=6V,r=2Ω,电磁继电器线圈的阻值忽略不计.请你解答下列问题:

(1)用笔画线代替导线将图(甲)的电路连接完整.

(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15mA时,衔铁被吸下.若货架能承受的最大压力为800N,则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为______Ω

(3)硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件.现将控制电路中的电源,换成硅光电源,用一定强度的光照射硅光电池,调节滑动变阻器,通过测量得到该电池的U-I曲线(如图丙).不改变滑片的位置,当货架能承受的压力逐渐增加时,该硅光电池的内阻将______,内电路上消耗的功率将______.(以上两格填写“增加”“减小”“先增大后减小”“先减小后增大”或“不变”).

(4)若控制电路中的电源,换成硅光电源,不改变滑片的位置,即如(2)中数值,现测得硅光电源两端电压为5.4V,则货架上承受的压力为______N.

正确答案

(1)将货物装载机和上触点串联组成工作电路,将R1、滑动变阻器R2、电磁铁串联接入控制电路,

连接电路如图所示:

(2)∵R1与R2串联,

∴I1=I2=Imax=15mA=0.015A,

所以根据闭合电路的欧姆定律R1+R2+r=

由图乙可知:F=800N时,R1=80Ω,

所以R2=-r-R1=-2-80Ω=318Ω

即:滑动变阻器R2的最大阻值至少为318Ω.

(3)由丙图可知,随着外电路电阻变大,硅光电源的U-I图线的斜率绝对值逐渐变大,即硅光电源的内阻随外电路电阻变大而变大.

当不改变滑片的位置,当货架能承受的压力逐渐增加时,R1的电阻变大,所以该硅光电池的内阻将增大.

由丙图可知,随着外电路电阻变大,硅光电源的路端电压逐渐减小,根据闭合电路欧姆定律,内电压变大.电路的总电流又增大,所以P=UI逐渐变大.

(4)硅光电源两端电压为5.4V,由丙图可知此时电流为10mA,所以根据欧姆定律外电路的总电阻为R1+R2=,所以R1=-R2=-318Ω=220Ω,根据乙图可知,此时对应的压力为90N.

故答案为:(1)电路图如上图所示     (2)318    (3)增大,增大    (4)90 N

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填空题

传感器是将被测量的____________转换成____________的装置,其结构包括____________和____________。

正确答案

非电学量,电学量,敏感元件,转换电路

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题型:填空题
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填空题

将一测力传感器连接到计算机上就可以测量快速变化的力。如图所示就是用这种方法测得的小滑块在半球形碗内沿竖直平面内来回滑动时,对碗的压力大小随时间变化的曲线。从这条曲线提供的信息,可以判断滑块约每隔___________秒经过碗底一次,随着时间的变化滑块对碗底的压力___________(填“增大”、“减小”、“不变”或“无法确定”)。

正确答案

1.0,减小

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