- 传感器及其工作原理
- 共130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=
同理有I2=
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．
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=
甲图由电路分压得电压表示数 U=
由①②式得 G=
乙图由电路分压得电压表示数 U=
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=
（3）甲好，因重力与电压表示数成正比，表的刻度均匀．
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=
（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=
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=
（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=
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=
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．
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=
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内=U内I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=
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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