實驗11 傳感器的簡單應(yīng)用
【考綱鏈接】
1.本實驗在新課標(biāo)物理《高考大綱》中是必考內(nèi)容實驗之十一.傳感器的簡單應(yīng)用。
2. 本實驗見普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理》選修3-2（人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心編著，人民教育出版社出版）的第6章傳感器 第4節(jié)傳感器的應(yīng)用實驗（第70~72頁）。由于本實驗是歷來的教科書所沒有的，許多教師沒有做過，不太熟悉，有些學(xué)校實驗室沒有所需器材（如施密特觸發(fā)器等）,所以要特別重視。
以型號HEF40106B施密特觸發(fā)器為例
圖6-2-1
圖6-2-1是型號HEF40106B觸發(fā)器的引腳示意圖，由圖可以看出，在同一塊集成片上分別做了6塊獨立的施密特觸發(fā)器，如果使用第1塊，只需要在 接輸入電壓，在 接輸出電壓，然后分別把 接到穩(wěn)壓電源， 接地，就可以工作了。
實驗原理：
圖6-2-2
將電路按圖6-2-2連接， 為光敏電阻， ， 為電阻箱， 為發(fā)光二極管，A點為施密特觸發(fā)器的輸入端，Y點為施密特觸發(fā)器的輸出端。適當(dāng)選擇 ， 的阻值后，當(dāng)外界光線很強(qiáng)時， 上的電阻相對比較小，A點的電壓小于 ，Y點輸出高電位，發(fā)光二極管兩端的電勢差很小，因此不能發(fā)光；當(dāng)外界光線變?nèi)鯐r， 上的電阻顯著增大， A點的電壓也顯著增大，當(dāng)增大到 時，Y點輸出低電位，發(fā)光二極管兩端有大約5V的電勢差，發(fā)光二極管開始正常發(fā)光，如果光線強(qiáng)度又進(jìn)一步開始回升， 上的電阻減小，A點的電壓也開始減小，當(dāng)A點的電壓小于 時，Y點又輸出高電位，發(fā)光二極管熄滅。
為了更直觀地了解整個電路工作過程，也可以分別用兩個電壓表對A點和Y點的電壓進(jìn)行測量。
實驗一：光控開關(guān)
實驗?zāi)康模毫私夤饪亻_關(guān)，對自動控制有初步理解。
實驗電路：見圖6-2-3
圖6-2-3 實驗電路
實驗步驟：
1. 當(dāng)光弱時，光敏電阻阻值大，電流小，A端輸入高電位（1），Y端輸出低電位（0），發(fā)光二極管亮，如圖6-2-4.
圖6-2-4
2. 當(dāng)光強(qiáng)時，光敏電阻阻值小，電流大，A端輸入低電位（0），Y端輸出高電位（1），發(fā)光二極管不亮，如圖6-2-5。
圖6-2-5
3. 電阻R1的阻值對電路的作用。電阻R1的阻值由約20 變?yōu)榧s42 （見圖），發(fā)光二極管由亮變不亮的轉(zhuǎn)換電流（光敏電阻處）由400 變?yōu)?00 （見圖6-2-6），也就是轉(zhuǎn)換電阻變大了，也就是在光線更暗的情況下燈才能亮。反推之，光控開關(guān)用于路燈控制，要想在天更暗時路燈才會亮，應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些。
圖6-2-6
4. 由于集成電路允許通過的電流比較小，要用白熾燈泡模擬路燈，就要使用繼電器來啟閉另外的供電電路，如圖6-2-7，燈泡可用“6V 0.06A”的，繼電器可以使用微型繼電器，本實驗的繼電器的參數(shù)為：額定電壓: 6 V ，操作電壓: 4 V (minimum) ，釋放電壓: 2 V ，線圈電阻: 100 ohms ，接觸電阻: 0 ohms ，最大電流: 5 A ，最大電壓: 400 V。為了防止繼電器釋放銜鐵時線圈中的自感電動勢損壞集成電路，必須給它并聯(lián)一只二極管，以提供自感電流的通路。
圖6-2-7
（1）當(dāng)光線較強(qiáng)時，光敏電阻的阻值較小，輸入電壓較低，輸出電壓較高，繼電器電流小，不能吸引銜鐵，繼電器開關(guān)處斷開狀態(tài)，白熾燈泡不亮，如圖6-2-7.
（2）當(dāng)光線較弱時，光敏電阻的阻值較大，輸入電壓較高，輸出電壓較低，繼電器電流大，繼電器動作，吸引銜鐵，繼電器開關(guān)處接通狀態(tài)，白熾燈泡亮，如圖6-2-8.
圖6-2-8
實驗二、溫度報警器
實驗?zāi)康模毫私鉁囟葓缶�器的原理，對自動控制進(jìn)一步理解。
仿真實驗電路：見圖6-2-9
圖6-2-9
圖6-2-9中， 為熱敏電阻，溫度升高時阻值減小， 為可變電阻，
實驗步驟：
1. 當(dāng)溫度較低時，熱敏電阻的阻值較大，輸入電壓較低，輸出電壓較高，蜂鳴器不響。如圖6-2-10.
2. 當(dāng)溫度較高時，熱敏電阻的阻值較小，輸入電壓較高，輸出電壓較低，蜂鳴器響。如圖6-2-11.
圖6-2-10
圖6-2-11
在圖6-2-11的情況下，可以看到蜂鳴器在發(fā)聲，用耳機(jī)可以聽到響聲。
例1．熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件�，F(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4~5Ω。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其它備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水杯（圖中未畫出）、電源（3V、內(nèi)阻可忽略）、直流電流表（內(nèi)阻約1Ω）、直流電壓表（內(nèi)阻約5kΩ）、滑動變阻器（0~20Ω）、開關(guān)、導(dǎo)線若干。
圖6-2-12
①在圖（a）的方框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小。
②根據(jù)電路圖，在圖（b）的實物圖上連線。
③簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟
1)、往保溫杯中加入熱水，稍等讀出溫度值。
2)、 .
3)、重復(fù)①，②測出不同溫度下的數(shù)據(jù)。
4)、 .
（2）廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用電器中的溫度傳感器，是利用熱敏電阻隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖甲中，電源的電動勢E = 9.0 V，內(nèi)電阻不可忽略； 為內(nèi)阻不計的靈敏電流表；R0為保護(hù)電阻；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度變化關(guān)系如圖乙的R- t圖象所示。則熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系為R= ；閉合電鍵S，當(dāng)R的溫度等于40℃時，電流表示數(shù)I1=2.25 mA，則當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6 mA時，熱敏電阻R的溫度是________攝氏度。
圖6-2-13
【解析】
（1）因為熱敏電阻的阻值（常溫下約~5Ω）與直流電流表內(nèi)阻（1Ω）差不多而比直流電壓表內(nèi)阻（5kΩ）小得多，所以用電流表外接法，為了多次測量以便列表做圖象，所以滑動變阻器接成分壓器。
（2）因為圖象是直線，用斜截式求熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系，設(shè)為 ，則根據(jù) 時， （此處易誤讀為 ，要小心），得 ，再根據(jù) 時， ，得 ，所以得R與t的關(guān)系為
R=1.875×10 -2 t + 4.25 。
從圖甲，有 ，（ 含電池的內(nèi)阻），從圖乙讀出，當(dāng) 時， ，代入得 ，可求出 ，又有 ，解得 ，查圖乙得 。
答案
（1）①如圖所示
②連線圖略
③ ①、往保溫杯中加入熱水，稍等讀出溫度值。
②、調(diào)節(jié)R，快速測出多組I，U值。
③、重復(fù)①，②測出不同溫度下的數(shù)據(jù)。 圖6-2-14
④、繪出各溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線。
(2)R = ?1.875×10 -2 t + 4.25 120
點評
本題兩問中的熱敏電阻是不同的，兩問考查的知識點也不同，第（1）問考查伏安法測電阻的常規(guī)問題：電流表的內(nèi)接、外接問題及滑動變阻器接成分壓器還是限流器問題，電路圖及實物圖也是常規(guī)要求。第（2）問則考查了電路圖和圖象，考變化的情況，結(jié)合數(shù)學(xué)方法解決問題�？梢�，物理實驗既不要忘記常規(guī)，也要求注意創(chuàng)新。
例2．(2003年高考江蘇物理卷第19題（13分）（計算題，壓軸題）)
題目：圖1所示為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小物塊A，上端固定在C點且與一能測量繩的拉力的測力傳感器相連.已知有一質(zhì)量為m0的子彈B沿水平方向以速度v0射入A內(nèi)（未穿透），接著兩者一起繞C點在豎直面內(nèi)做圓周運動，在各種阻力都可忽略的條件下測力傳感器測得繩的拉力F隨時間 的變化關(guān)系如圖2所示。已知子彈射入的時間極短，且圖2中t＝0為A、B開始以相同速度運動的時刻，根據(jù)力學(xué)規(guī)律和題中（包括圖）提供的信息，對反映懸掛系統(tǒng)本身性質(zhì)的物理量（例如A的質(zhì)量）及A、B一起運動過程中的守恒量，你能求得哪些定量的結(jié)果？
圖6-2-15
【解析】由圖2可直接看出，A、B一起做周期性運動，運動的周期T＝2t0 ①
令 表示A的質(zhì)量， 表示繩長. 表示B陷入A內(nèi)時即 時A、B的速度（即圓周運動最低點的速度）， 表示運動到最高點時的速度，F(xiàn)1表示運動到最低點時繩的拉力，F(xiàn)2表示運動到最高點時繩的拉力，根據(jù)動量守恒定律，得
②
在最低點和最高點處運用牛頓定律可得 ③
④ 根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得
⑤
由圖2可知 ⑥ ⑦ 由以上各式可解得，反映系統(tǒng)性質(zhì)的物理量是
⑧ ⑨
A、B一起運動過程中的守恒量是機(jī)械能E，若以最低點為勢能的零點，則
⑩ 由②⑧⑩式解得 ⑾
點評：這是一道開放題，題目的設(shè)問不明確，要靠考生去尋找，答案當(dāng)然也要靠考生去解決，本題由于其開放性，成為當(dāng)年高考題的一個亮點。就傳感器而言，測力傳感器在本題只作為題目來源的工具，告訴我們測力傳感器可以測得繩的拉力F隨時間 的變化關(guān)系圖象，題目的解決對傳感器沒有實質(zhì)性的要求。
例3． 2009高考題19.（2）（12分）某研究性學(xué)習(xí)小組為了制作一種傳感器，需要選用一電器元件。圖為該電器元件的伏安特性曲線，有同學(xué)對其提出質(zhì)疑，先需進(jìn)一步驗證該伏安特性曲線，實驗室備有下列器材：
器材（代號）規(guī)格
電流表（A1）
電流表（A2）
電壓表（V1）
電壓表（V2）
滑動變阻器（R1）
滑動變阻器（R2）
直流電源（E）
開關(guān)（S）
導(dǎo)線若干
量程0~50mA，內(nèi)阻約為50
量程0~200mA，內(nèi)阻約為10
量程0~3V，內(nèi)阻約為10k
量程0~15V，內(nèi)阻約為25k
阻值范圍0~15 ，允許最大電流1A
阻值范圍0~1k ，允許最大電流100mA
輸出電壓6V，內(nèi)阻不計
①為提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確程度，電流表應(yīng)選用 ；電壓表應(yīng)選用 ；滑動變阻器應(yīng)選用 。（以上均填器材代號）
②為達(dá)到上述目的，請在虛線框內(nèi)畫出正確的實驗電路原理圖，并標(biāo)明所用器材的代號。
③若發(fā)現(xiàn)實驗測得的伏安特性曲線與圖中曲線基本吻合，請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點？
相同點： ，
不同點： 。
答案． （2）①A2 V1 R1
②如圖
③相同點：通過該元件的電流與電壓的變化關(guān)系和通過小電珠的電流與電壓的變化關(guān)系都是非線性關(guān)系，該元件的電阻隨電壓的增大而減小，而笑電珠的電阻值隨電壓的升高而增大。
【解析】（1）①游標(biāo)卡尺方便地測量內(nèi)徑、外徑和深度，而螺旋測微器只能測外徑。故選A
②多次測量取平均值的目的就是減小偶然誤差。
（2）①圖像中電流0～0.14A，電流表選A2；電源電壓6V，但圖像只要求電壓在0～3V之間調(diào)整，為了測量準(zhǔn)確電壓表選V1；由于繪制圖像的需要，要求電壓從0～3V之間調(diào)整，所以滑動變阻器只能采用分壓式接法，為了能很好調(diào)節(jié)電壓，滑動變阻器應(yīng)選用阻值較小的R1。
②該元件約幾十Ω， ，電壓表的分流作用可以忽略，所以采用電流表外接法；實驗數(shù)據(jù)的采集要求從零開始，所以滑動變阻器采用分壓式接法。
③從圖像的形狀和斜率變化趨勢上去找相同點和不同點，突出都是“非線性”，圖像上某點與原點連線的斜率是電阻的倒數(shù)。
例4．2009高考寧夏23.(11分)青島奧運會帆船賽場采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能。用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實現(xiàn)自動控制。
光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)（如白天）時電阻幾乎為0;照射光較弱 (如黑天)時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如
圖所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接。當(dāng)勵磁線圈中電流大于50mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離3、4斷開；電流流小于50 mA時，3、4接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA。
（1）利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖。
光敏電阻R1，符號
燈泡L，額定功率40W，額定電壓36V，符合
保護(hù)電阻R2，符號
電磁開關(guān)，符號
蓄電池E，電壓36V，內(nèi)阻很小；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。
（2）回答下列問題。
①如果勵磁線圈的電阻為200 ，勵磁線圈允許加的最大電壓為______V，保護(hù)電阻R2的阻值范圍為______ 。
②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油�。為此，電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。
答：______________________________________________________________________
③任意舉出一個其它的電磁鐵應(yīng)用的例子。
答：__________________________________________________。
答案：（1）電路原理圖如圖所示
（2）①20 160-520
②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合，3、4之間斷開。
③電磁起重機(jī)
解析：（2）①
,其中 ,所以 在160-520 之間。
例5．2009高考全國1。22.（8分）
如圖所示的電路中，1、2、3、4、5、6為連接點的標(biāo)號。在開關(guān)閉合后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮�，F(xiàn)用多用電表檢查電路故障，需要檢測的有：電源、開關(guān)、小燈泡、3根導(dǎo)線以及電路中的各點連接。
（1）為了檢測小燈泡以及3根導(dǎo)線，在連接點1、2已接好的情況下，應(yīng)當(dāng)選用多用電表的 擋。在連接點1、2同時斷開的情況下，應(yīng)當(dāng)選用多用電表的 擋。
（2）在開關(guān)閉合情況下，若測得5、6兩點間的電壓接近電源的電動勢，則表明___ 可能有故障
（3）將小燈泡拆離電路，寫出用多用表檢測該小燈泡是否有故障的具體步驟。
答案（1）電壓；歐姆
（2）開關(guān)或連接點5、6
（3）①調(diào)到歐姆檔
②將紅、黑表筆相接,檢查歐姆檔能否正常工作
③測量小燈泡的電阻,如電阻無窮大,表明小燈泡有故障.
【解析】(1)在1、2兩點接好的情況下,應(yīng)當(dāng)選用多用電表的電壓檔,在1、2同時斷開的情況下,應(yīng)選用歐姆檔
(2)表明5、6兩點可能有故障.
(3) ①調(diào)到歐姆檔②將紅黑表筆相接,檢查歐姆檔能否正常工作③測量小燈泡的電阻,如電阻無窮大,表明小燈泡有故障.
例6． 2009高考全國2。22、（5分）
某同學(xué)利用多用電表測量二極管的反向電阻。完成下列測量步驟：
（1）檢查多用電表的機(jī)械零點。
（2）將紅、黑表筆分別插入正、負(fù)表筆插孔，將選擇開關(guān)拔至電阻測量擋適當(dāng)?shù)牧砍烫帯?br>（3）將紅、黑表筆____①_______，進(jìn)行歐姆調(diào)零。
（4）測反向電阻時，將____②______表筆接二極管正極，將____③_____表筆接二極管負(fù)極，讀出電表示數(shù)。
（5）為了得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果，應(yīng)讓電表指針盡量指向表盤____④_______（填“左側(cè)”、“右側(cè)”或“中央”）；否則，在可能的條件下，應(yīng)重新選擇量程，并重復(fù)步驟（3）、（4）。
（6）測量完成后，將選擇開關(guān)拔向_____________⑤________________位置。
答案（3）短接
（4）紅 黑
（5）中央
（6）OFF
【解析】本題考查多用電表的使用.首先要機(jī)械調(diào)零.在選擇量程后還要進(jìn)行歐姆調(diào)零而且每一次換量程都要重復(fù)這樣的過程.(3)將紅黑表筆短接,即為歐姆調(diào)零.測量二極管的反向電阻時應(yīng)將紅筆接二極管的正極,黑接負(fù)極.歐姆表盤的刻度線分布不均勻,在中央的刻度線比較均勻,所以盡量讓指針指向表盤的中央.測量完成后應(yīng)將開關(guān)打到off檔.
例7．2009高考山東23. (2)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開頭可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為Lx）。某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表：
照度（lx）0.20.40.60.81.01.2
電阻(k )754028232018
①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標(biāo)系（見答題卡）中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。
②如圖所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路。給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(1x)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。
（不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響）
提供的器材如下：
光敏電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；
定值電阻：R1=10k ，R2=20k ，R3=40k （限選其中之一并在圖中標(biāo)出）
開關(guān)S及導(dǎo)線若干。
答案：（2）①光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如圖所示。
特點：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大非線性減小
②電路原理圖如圖所示。
解析：當(dāng)，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路。給1、2兩端提供電壓，要求
當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(1x)時啟動照明系統(tǒng)，即此時光敏電阻阻值為20k ，兩端電壓為2V，電源電動勢為3V，所以應(yīng)加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10k ，即選用R1。
【考點】驗證平行四邊形定則實驗、閉合電路歐姆定律
練習(xí)題1：
1．熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件�，F(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4~5Ω。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其它備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水杯（圖中未畫出）．電源（3V．內(nèi)阻可忽略）．直流電流表（內(nèi)阻約1Ω）．直流電壓表（內(nèi)阻約5kΩ）．滑動變阻器（0~20Ω）．開關(guān)．導(dǎo)線若干。
⑴在圖6-2-16（a）的方框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小。
⑵根據(jù)電路圖，在圖（b）的實物圖上連線。
⑶簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟______________________。
圖6-2-16
2．圖6-2-17為某一熱敏電阻（電阻值隨溫度
的改變而改變，且對溫度很敏感）的I?U關(guān)系曲線圖。
（1）為了通過測量得到圖1所示I?U關(guān)系的完整
曲線，在圖2圖3兩個電路中應(yīng)選擇的是圖 ；
簡要說明理由：
（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑線變阻器的阻值為0－100Ω）。
圖6-2-17
（2）在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1＝250Ω。由熱敏電阻的I?U關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為 V；電阻R2的阻值為 Ω。
（3）舉出一個可以應(yīng)用熱敏電阻的例子：
。
3． 有同學(xué)在做“研究溫度不變時氣體的壓強(qiáng)跟體積的
關(guān)系”實驗時，用連接計算機(jī)的壓強(qiáng)傳感器直接測得注射器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)值。緩慢推動活塞，使注射器內(nèi)空氣柱從初始體積20.0ml變?yōu)?2.0ml。實驗共測了5次，每次體積值直接從注射器的刻度上讀出并輸入計算機(jī)，同時由壓強(qiáng)傳感器測得對應(yīng)體積的壓強(qiáng)值。實驗完成后，計算機(jī)屏幕上立刻顯示出如下表中所示的實驗結(jié)果。 圖6-2-18
序號V
（ml）P
（×105Pa）PV
（×105Pa?ml）
120.01.001020.020
218.01.095219.714
316.01.231319.701
414.01.403019.642
512.01.635119.621
（1）仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，pV（×105Pa?ml）一欄中的數(shù)值越來越小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是
A．實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大。
B．實驗時環(huán)境溫度增大了。
C．實驗時外界大氣壓強(qiáng)發(fā)生了變化。
D．實驗時注射器內(nèi)的空氣向外發(fā)生了泄漏。
（2）根據(jù)你在（1）中的選擇，說明為了減小誤差，應(yīng)采取的措施是：
4.某學(xué)生為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示．測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓。使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、電鍵及導(dǎo)線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。
圖6-2-19
請完成對該物體質(zhì)量的測量。
（l）設(shè)計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖。
（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m．
（3）請設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。
【參考答案及解析】
1．（1）如答圖1
圖6-2-20
圖6-2-21
(2)如答圖2所示。
(3)�、偻�保溫杯中加入一些熱水，待溫度穩(wěn)定時讀出溫度計值；
調(diào)節(jié)滑動變阻器，快速測出電流表和電壓表的值；
③重復(fù)①～②，測量不同溫度下的數(shù)據(jù)；
④繪出各測量溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線。
2．（1）2；圖2電路電壓可從0V調(diào)到所需電壓，調(diào)節(jié)范圍較大。（或圖3電路不能測得0V附近的數(shù)據(jù)）
（2）5.2；111.8（111.6－112.0均給分） （3）熱敏溫度計（提出其他實例，只要合理均給分）
3.（1）D （2）在注射器活塞上涂上潤滑油增加密封性
4.（1）設(shè)計的電路圖如圖所示。
圖6-2-22
（2）測量步驟與結(jié)果：
①調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零；
②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0；
③將待測物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U1；
由 U0＝km0g，得k＝U0/m0g
測得 U＝kmg，所以m＝m0U/U0。
（3）①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零；
②待測物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。
練習(xí)題2
1．2007年高考江蘇物理卷第13題（１３分）（實驗題）
題目：如題１３（a）圖，質(zhì)量為Ｍ的滑塊Ａ放在氣墊導(dǎo)軌Ｂ上，Ｃ為位移傳感器，它能將滑塊Ａ到傳感器Ｃ的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機(jī)上，經(jīng)計算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊Ａ的位移－時間（s-t）圖象和速率－時間（v-t）圖象。整個裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上，斜面的長度為l、高度為h。（取重力加速度g=9.8m/s2，結(jié)果可保留一位有效數(shù)字）
（１）現(xiàn)給滑塊Ａ一沿氣墊導(dǎo)軌向上的初速度，Ａ的v-t圖線如題１３(b)圖所示。從圖線可得滑塊Ａ下滑時的加速度a= m/s2 ,摩擦力對滑塊Ａ運動的影響 　。（填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”）
（２）此裝置還可用來驗證牛頓第二定律。實驗時通過改變 　，可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；實驗時通過改變 　，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。 圖6-2-23
（３）將氣墊導(dǎo)軌換成滑板，滑塊Ａ換成滑塊Ａ’，給滑塊Ａ’一沿滑板向上的初速度，Ａ’的s-t圖線如題１３（c）圖。圖線不對稱是由于　　　　　　　　造成的，通過圖線可求得滑板的傾角θ＝　　　　　　　（用反三角函數(shù)表示），滑塊與滑板間的動摩擦因數(shù)μ＝　　　　　　　　
圖6-2-24
2．圖A是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接收超聲波沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差，測出被測物體的速度。圖B中p1、、p2是測速儀發(fā)出的超聲波信號，n1、n2是p1、p2由汽車反射回來的信號。設(shè)測速儀勻速掃描，p1、p2之間的時間間隔Δt＝1.0 s，超聲波在空氣中傳播的速度是 v＝340m/s，若汽車是勻速行駛的，則根據(jù)圖B可知，汽車在接收到p1、p2兩個信號之間的時間內(nèi)前進(jìn)的距離是______，汽車的速度是______m/s。
圖A
圖B
圖6-2-25
3．2005年高考上海物理卷第23題(14分)（計算題，壓軸題）
題目：一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2mm的均勻狹縫．將激光器與傳感器上下對準(zhǔn)，使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行，分別置于圓盤的上下兩側(cè)，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動，激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束．在圓盤轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時，傳感器接收到一個激光信號，并將其輸入計算機(jī)，經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線．圖(a)為該裝置示意圖，圖(b)為所接收的光信號隨時間變化的圖線，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示接收到的激光信號強(qiáng)度，圖中Δt1=1．0×10-3s，Δt2=0.8×10-3s．
(1)利用圖(b)中的數(shù)據(jù)求1s時圓盤轉(zhuǎn)動的角速度；
(2)說明激光器和傳感器沿半徑移動的方向；
(3)求圖(b)中第三個激光信號的寬度Δt3．
圖6-2-26
1.答案：（1）6 不明顯，可忽略
（2）斜面高度ｈ　滑塊Ａ的質(zhì)量Ｍ及斜面高度ｈ，且使Ｍｈ不變
　　�。ǎ常┗瑒幽Σ亮Α� 　（ ～ 都算對
　　　�。埃�３（０．２～０．４都算對）
解析：（1）下滑時，加速度為 ；上滑時，加速度為 摩擦力對滑塊A運動的影響不明顯，可忽略。
（2）改變斜面高度h, 即改變斜面的傾角，則改變產(chǎn)生加速度的力（ ），可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；改變滑塊A的質(zhì)量M及斜面的高度h，且使Mh不變，因為 ，使Mh不變，則F不變，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系。
（３）圖線不對稱是由于滑動摩擦力造成的，因為在滑塊上滑時，加速度的大小為 ，在滑塊下滑時，加速度的大小為 ，在滑動摩擦力不可忽略的情況下，二者不等， 圖象不對稱。從題13（b）圖中得 ，又 ，所以 = 。從題13（c）圖中上滑階段讀出， ， ，根據(jù) 得 ，代入 = ，已知 ，則 ，解得 。
2.（1）分析（情景分析法）：
作運動情景分析示意圖，圖中，P1N1中間時刻是汽車接收P1時刻發(fā)出的超聲波信號的時刻，此位置A是汽車的初位置； P2N2中間時刻是汽車接收P2時刻發(fā)出的超聲波信號的時刻，此位置B是汽車的末位置，要求的汽車前進(jìn)的距離就是A、B之間的距離。
（2）求解
第1步，先讀出B圖中各時刻對應(yīng)的讀數(shù)：
點P1N1P1N1中點P2N2P2N2中點
讀數(shù)(格)0．51．71．13．54．43．95
對應(yīng)的時刻（s）0．170．570．371．171．471．32
第2步，算出對應(yīng)的時刻，算法如下：先算每1大格對應(yīng)的時間
，
再算各點對應(yīng)的時間， ，填入上表的第3行。
第3步，算出A與O的距離： ，
第4步，算出B與O的距離： ，
第5步，算出A與B的距離： ，
這就是汽車在接收P1、P2兩個時刻發(fā)出的超聲波信號中間前進(jìn)的距離。
第6步，算出汽車從A到B用的時間： ，


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