初中物理传感器的问题重点.pdf

一、温度传感器 实例一： 1（2008 连云港中考试题）研究表明，有些金属电阻的 阻值会随温度的变化而变化，物理学中利用这类金属的特性 可以制成金属电阻温度计，它可以用来测量很高的温度，其 原理如图所示。 图中电流表量程为015mA（不计其电阻） ， 电源的电压恒为3V，R为滑动变阻器，金属电阻作为温度 计的测温探头， 在 t0时其阻值Rt随温度 t 的变化关系为 Rt=100+0.5t（单位为 ） 。 （1）若要把 Rt放入温度为0处 进行测量，使电流表恰好达到满量程电 流 15mA， 则这时滑动变阻器R接入电 路的阻值为多大？ （2）保持（ 1）中滑动变阻器R接入电路的阻值不 变，当把测温探头Rt放到某待测温度处，电流表的示数恰为 10mA，则此时 Rt的阻值为多大？对应的温度为多高？ （3）保持（ 1）中滑动变阻器R接入电路的阻值不 变，当被测温度为600时，电路消耗的电功率为多大？ （4）若把电流表的电流刻度盘换为对应的温度刻度 盘，则温度刻度的特点是什么？ 2（2008 年福建福田中考试题） 1.(7分)热敏电 阻广泛应用于控制电路中，其阻值会随环境温度的改 变而改变图甲中，电源电压U =6V，A 是小量程电流表，其允许通过的最大电 流为 0.02 A，滑动变阻器R的铭牌上标 有“200 0.3 A”字样， t R为热敏电 阻，其阻值随环境温度变化关系如图乙 所示闭合开关S，求： (1)环境温度为 10 、电路中 电流为 0.0l A时 t R两端的电压 (2) 图甲电路可以正常工作的最高 环境温度 3（2008南通中考试题） 30 (8 分)图甲和图乙 是利用热敏电阻来测量温度的原理图电源电压均为 20V 且保持不变，定值电阻R0 的阻值为 30 则： (1)图甲中电流表的示数为03A 时，热敏电阻 两端的电压和消耗的功率分别是多少？ (2)图乙中电压表的量程为015V ，热敏电阻 R 的阻值随温度的变化关系如图丙所示，试求此电路能 测量的最高温度 二、光强传感器 4（2008 年镇江中考试题） 30 有一种半导体材料 的电阻值随着光照射强度的变化而明显改变，用这种 材料制作的电阻称为光敏电阻物理学上用“光强” 这个物理量来表示光强弱的程度，符号为E，国际单 位为坎德拉 (cd)，某光敏电阻的阻值R 与光强 E 之间 的一组实验数据如下表所示： (1)分析上表数据，根据光敏电阻的阻值R 随光 强 E 变化的规律， 填,写表格空格处的电阻， 并归纳出 光敏电阻的阻值R 随光强 E 变化的关系式为 R= E (2)小明将该光敏电阻R、电流表 (量程 为 006A)、电压表 (量程为 03V)、开 关、滑动变阻器 R。(最大阻值为 50)和电压 恒为 6V 的电源组成如图所示的电路， 闭合 开关，调节滑动变阻器使电流表的示数为 04A 时，电压表的示数为36V，此时，光敏电阻 所在处的光强为多大 ? (3)在上述电路中，随着电阻的变化，电流可能会 超过电流表的量程，滑动变阻器两端的电压可能会超 过电压表的量程若光敏电阻处的光强在20 cd 至 45cd范围内，为保证不超过电表量程，求出滑动变 阻 器允许连入电路的阻值范围 （2008年湖北株洲中考试题） 30.（12分）光敏电 阻的阻值随光照射的强弱而改变。“光强”表示光的 强弱程度的物理量，照射光越强，光强越大，光强符 号用 E 表示，国际单位为坎德拉（cd）。实验测得 光敏电阻的阻值R 与光 强E间的关系如图 15所示，根据图象解答下列问题： （1）光敏电阻随光强的增大而，随光强的 减小而。 （2）当光强为E1 时，光敏电阻的阻值为R1；当光 强为 E2 时，光敏电阻的阻值为R2，那么它 们之间的关系式为 1 2 R R （用 E1、E2表 示）。 （3）将光敏电阻R、定值电阻R0、电流表、 开关和电源连接成图 16所示电路。闭合开关， 逐渐增大光敏电阻的光照强度，那 么。（填正确答案的序号） 电流表的读数增大，光敏电阻两端的电压也增 大 电流表的读数增大，但光敏电阻两端的电压减 小 电流表的读数减小，但光敏电阻两端的电压增 大 电流表的读数减小，光敏电阻两端的电压也减 小 （4）在图 16电路所示电路中，电源电压为6V， 当光照强度为4.5 cd时，电流表的读数为0.5 A。试 求定值电阻R0 的阻值。 三、压力传感器 （2008 年无锡中考试题）在学校举行的物理创新大赛上，小明和小红所在 的科技小组分别设计了一种测量托盘所受压力的压力测量仪，如图甲、乙所示。 两装置中所用的器材与规格完全相同，压力表是由电压表改装而成，R1为定值 电阻，阻值为 10，R2为滑动变阻器，规格为“ 10lA“ 。金属指针 OP 可在 金属杆 AB 上滑动，且与它接触良好， 金属指针和金属杆电阻忽略不计。M 为弹 A R 图 16 R0 光 簧，在弹性限度内它缩短的长度与其所受的压力大小成正比。当托盘所受压力为 零时，P 恰好位于 R2的最上端；当托盘所受压力为50N 时，P 恰好位于 R2的最 下端，此时弹簧的形变仍在弹性限度内。 (1)甲装置中，当P 位于 R2的最下端时，电压表的示数为3V，则电源电压 是多少? (2)甲装置中，压力25N 的刻度位置标在电压表表盘多少伏的刻度线上? (3)在甲、乙两种装置中，两压力表的刻度特点有何不同?试说明理由。 （2008 年广西南宁中考试题） 27(8 分)为锻炼 身体，小刚利用所学物理知识设计了一个电子拉力 计，如图16 甲是其原理图。硬质弹簧上端和金属 滑片 P 固定在一起 (弹簧的电阻不计， P 与 R 接触良 好且摩擦不计)。定值电阻R0=5，R 是一根长为 5cm 的均匀电阻线 (阻值跟长度成正比 )，其最大阻值 为 25，电源电压为3V，电压表的量程为03V， 当不拉拉环时，金属滑片P 刚好处于 b 端。已知该弹 簧伸长的长度 L与所受拉力 F 间的关系如图 16乙所 示。求： (1)小刚要把电压表的表盘改为拉力计的表 盘，当不拉拉环时，拉力 计表盘上的零刻度应 标在电压表表盘的多少 伏处? (2)闭合开关，当电压 表的指针指在1.5V 时， 电阻线接入电路中的电 阻值为多少欧 ?此时，作用在拉环上竖直向上的拉力 为多少牛 ? （2008 淮安中考试题）传感器是现代自动控制系统的重要器件之一，传感 器通常是将感应到的物理量信号转换成电流(或电压 )信号，如：温度传感器、 声传感器、光传感器等现有一压力传感器(可视为一个电阻 )其电阻 R 随压力 F 大小的变化面变化从实验测得R 与 F 的一组数据如右表所示： (1)根据表中的数据，在题33 图所示的 R-F 坐标 系中画出电阻 R 随压力 F 变化的图像 (2)利用表中的数据或R-F 的图像可得到的结论是：_ (3)请你利用下列器材：压力传感器R、定值电阻 R0 (50)、 电源(30V)、 电压表、开关各一个，导线若干，设计一个电子秤 要 求：在虚线框内画出你所设计的电子秤工作原理的电路图，并简述其工作原理： （2008 年山东滨州中考试题） 57 （8 分）有一种测量人 的体重的电子秤，其测量部分的原理如图中虚线框里的内容 所示。它主要有四部分构成：踏板和压力杠杆OAB（可绕 O 点转动） 、定值电阻 RO、压力传感器 R（其电阻值会随所受压 力大小发生变化，变化关系如下表） 、显示质量大小的仪表V （实质示一个量程为03V 的电压表）。已知 OBOA ，电源电压恒为，忽略踏板、杠杆及压杆的重力，g 取10N/Kg. 压力 F/ N 0 50 100 150 200 250 300 电阻 R/ 300 250 200 150 100 50 0 （1）当踏板空载时，电压表的示数为0. 75V，求定值电阻 RO 的大小。 （2）当某同学站在踏板上时， 电压表显示为 1. 2V，此时 压力传感器 R 的阻值多大？该同学体重是多少K g？ 压 力 F/N 0 50 100 150 200 250 电 阻 R/ 300 220 165 120 100 90 （2008 河南中考试题） 12图 5 所示的是握力计 的原理图，其中弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一 起，AB 间有可收缩的导线， R0为保护电阻，电压表 可显示压力的大小。 则当握力 F 增加时电压表的示数 将 A变大B变小C不 变D无法确定 （2008 年山 东 威 海 中考 试 题） 图是小丽设计的压力传感器的原 理图，其中 1 是滑动变阻器， R2 是定 值电阻。当压力F 增大时 电流表示数减小，电压表示数增大 电流表示数减小，电压表示数减 小 电流表示数增大，电压表示数增 大 电流表示数增大，电压表示数减 小 （2008 年四川广安中考试题）35. (7分）如图 13 所示，是红星中学九年级物理课外实践活动小组设 计的风力测量仪的电路示意图。其电源电压 U=3V ，电 路保护电阻R1=20，均匀电阻丝的阻值 为 R2=3，金属丝（电阻忽略不计）的上 端固定在 0 点，下端系有一块塑料片A， 当风从右向左吹动塑料片时，金属丝向左 摆动并与电阻丝保持良好的接触，风力表 由电压表改装而成。 （l ）无风时，塑料片竖直下垂，电 压表示数是多少？电路 中的电流是多少？ （2）风力最强时，金属丝滑至电阻丝的最左端， 电压表的 示数是多少？ （3）为什么不在电路中串联电流表，把电流表 改装成风力表？ （2008年福建厦门中考试题）34（8分） 图 22甲是某电子秤的原理示意图 电 压表量程为 03V（可对应显示质量大小） 。已知电阻 R0=60压力传感器 R 的 阻值随所受压力变化的图象如图22 乙所示，压力传感器表面能承受的最大压强 为 2×l06Pa，压杆与压力传感器的接触面积是2cm 2。设托盘和压杆的质量可以 忽略不计，电源电压恒定不变。试求： （1）该压力传感器能承受的最大压力； （2）若要求传感器受到最大压力时，电压表的示数达到最大值，则电源电 压是多大？ （3）通过计算判断电子秤的刻度是否均匀。 （2008年广西来宾中考试题） 29)(9 分)小明设计了一个测量物体质量的 “托盘秤”， 图 20(甲) 是其原理示意图， 其中托 盘上放置物体，压力传感器R的电阻值会随所受 压力大小发生变化，杠杆ABO 可绕 0 点转动，电 压表的量程为 O 3V(可显示质量大小 ) 已知 OB ： BA=1 ：2，电阻 R0=100 ?压力传感器 R表面能承 受的最大压力为 400N ， 压杆与压力传感器的接触 面积为 2cm2 ， 压力传感器 R的电阻值随所受压力 变化的图像如图 20(乙) 所示电源电压恒定不 变，秤达到最大称量时，电压表的示数也达到最 大值，托盘和杠杆组件的质量忽略不计求： (1) 该压力传感器能承受的最大压强； (2) 电源电压； (3) 当电压表的示数为I.5V 时，托盘上被测物体的质量( 取 g=10N kg) （2008 年湖北黄石） 24某电子磅秤原理图如图15(甲)所示，主要部件是 杠杆 ABO，电 流表 A 和压力 传感器 (相当于 电阻值会随受 到的压力大小 发生变化的可 变电阻 )，其中 杠杆可绕 O 点 转动，且力臂之比AO：BO5：1，压力传感器的电阻值R 随所受到的压力F 的关系图像如图 15(乙)所示，秤盘与杠杆质量均忽略不计，电源电压9V，R0=60 ，(取 g10Nkg)。求： (1)该秤的零起点 (即秤盘上不放重物时)的刻度线应标在电流表刻度盘的 多少 mA 处? (2)当电流表示数为 30rnA 时，秤盘上放的物体的质量为多少kg? 解析：本题中把压力的变化转换成电阻的变化，然后通过电压表表现出来。 四、距离传感器 （2008 年广东广州中考试题） 21 （7 分）距离传感器发出的超声波遇到物 体后反射回传感器， 传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离，并显示 物体的距离（ s）一时间（ t）图象超声波在空气中的速度是340 m /s （1）若传感器在发出信号后0.01 s 收到从物体反射回来的信号物体距传感器 多远？ （2）若显示物体的 s 一 t 图象如图 16，物体在 0 至 15s的运动情况如何 （3）如图 17 所示，一物体在 F10 N 的水平拉力作用下， 沿水平地面做直线运 动传感器显示物体的s一 t 图象如图 18求：在 0 至 15s物体受到的摩擦力多 大？拉力的功率多大？ 拓展：本着这种思路我们可以根据我们所学的一些知识，我们可以制 成另外的一些传感器，例如： 一、油量表 （2008年湖北荆门中考试题）图3是汽车、 摩托车油量表 （实际上就是电流表） 原理示意 图，R是定值电阻， R是滑动变阻器，则 A向油箱里加油时，电流表示数变大 B燃油消耗下降时，电流表示数变大 C燃油全部耗尽时，电流表将被烧坏 D油箱加油过满时，电流表将被烧坏 二、深度计 （2008 年湖北荆门中考试题） 6一长方体铁块按图4 甲所示，从下表 面与液面刚刚接触处下放至图中虚线位置。能大致反映铁块下降过程中所受 浮力的大小 浮 F与铁块下表面浸入液体深度 深 h关系的图像是 三、密度计 （2008 年湖北荆门中考试题）15在北京奥运会上获得比赛前三 名的选手都将挂上既体现奥运理念，又体现中华民族特色的奖牌 用一种玉石制作然后分别镀上金、银、铜而成的奖牌。小阳是个爱动脑 筋的孩子， 当他得到一小块制作奥运奖牌余下的玉石材料后，立即着手 利用家里的弹簧秤测这种材料的密度。请你和小阳一起来完成测量过 程。 （g 取 10N/kg） （1）如图 13 所示用细线拴住玉石块，用弹簧秤测出其所受重力， 这 时弹簧秤示数是 _N，从而可计算出玉石块的质量。 （2）如图 14 所示让玉石块完全浸入水中，从图中弹簧秤的示数可计算出 图 3 图 4 甲 F浮 h 深0 F浮 h 深0 F浮 h 深0 F浮 h 深0 A B C D 图 4 乙 N 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 N 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 图 13 图 14 玉石块所受的浮力是 _N。 （3）利用以上测量数据可计算出玉石块的密度是_kg/m 3。 四、风力计 （2008 广西柳州北海中考试题）31如图 9 所示为小 明自制的风力板，口板为迎风板，其迎风面承受风力，b 板 为压重板，它水平放置， m 为压重板上的铁板 (a、b 板重力 不计)。当压重板上铁板重力一定时，风力大到一定程度， 风力板就会倾倒， 在这过程中， 风对迎风板的作用力当作动 力，_ 当作阻力，压重板上的铁板越重，风力 板倾倒时记录的风力越 _. 小明通过查阅资料和实验， 在压重板上加上重力不同的铁板，制成能测风力 18 级的 8 个风力板，构成一套风力探测仪。在南风盛行的某地，小明用这套 风力探测仪测定当天最强的风力。 (1) 在 开 阔 地 的 水 平 地 面 放 置 风 力 探 测 仪 时 ， 小 明 应 _. (2)小明确定当天最强风力的方法是_. 五、高度计 根据大气压强随高度的增加而减小，在海拔 2000米以内，每升高 12 米大气 压强减小 133 帕斯卡，相当于 1 毫米水银柱的基本原理，针对气压计进行改装， 把气压值改为相应的高度值，就制成了一个简易的高度计。