初中物理传感器的问题重点

初中物理传感器的问题重点

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0～15mA（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t≥0℃时其阻值R t随温度t的变化关系为R t=100+0.5t（单位为Ω）。

（1）若要把R t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R t放到某待测

温度处，电流表的示数恰为10mA，则此时R t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 Array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“200Ω 0.3 A”字样，

R为热敏电

t

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

R两端的电压．

t

(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30Ω．则：

(1)图甲中电流表的示数为0．3A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0—15V，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0～0．6A)、电压表(量程为0~3V)、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

0．4A时，电压表的示数为3．6V，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2．0 cd至4．5cd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 E 1 时，光敏电阻的阻值为 R 1；当光强为 E 2 时，光敏电阻的阻值为 R 2，那么它们之间的关系式为 12

R R

（用 E 1、E 2 表

示）。 （3）将光敏电阻 R 、定值电阻 R 0、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）

①电流表的读数增大，光敏电阻两端的电压也增大

②电流表的读数增大，但光敏电阻两端的电压减小

③电流表的读数减小，但光敏电阻两端的电压增大

④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 R 0 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，R 1为定值电阻，阻值为10Ω，R 2为滑动变阻器，规格为“10Ω lA\"。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

图16

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=5Ω，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25Ω，电源电压为3V，电压表的量程为0～3V，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R 0

(50Ω)、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R O 、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0~3V 的电压表）。已知O B ∶OA ＝１∶

（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 ？

阻R/Ω

（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）

９．图４是小丽设计的压力传感器的原

理图，其中Ｒ1是滑动变阻器，R2是定

值电阻。当压力F增大时

Ａ．电流表示数减小，电压表示数增大

Ｂ．电流表示数减小，电压表示数减

小

Ｃ．电流表示数增大，电压表示数增

大

Ｄ．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=20Ω，均匀电阻丝的阻值

为R2=3Ω，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？

（8分）图22甲是某电子秤的原理示意图．电（2008年福建厦门中考试题）34．

压表量程为0~3V（可对应显示质量大小）。已知电阻R0=60Ω．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2cm2。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：BO＝5：1，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=60Ω，(取g＝10N／kg)。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F＝10 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

深

深

深

深

A B C

D

图4 乙

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/m3。

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1～8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。