電學(xué)壓軸題之傳感器、變阻器等問題

1、 2013年中考物理試題電學(xué)壓軸題之傳感器、變阻器等問題1、（2013孝感）如下圖甲所示為某型號(hào)汽車的自動(dòng)測(cè)定油箱內(nèi)油量的電路原理圖，其中電源兩端的電壓恒為24V，R0=10，A為油量指示表（一只量程為00.6A的電流表），RX為壓敏電阻，它的上表面面積為10cm2，其他阻值與所受壓力的變化如下圖乙所示，當(dāng)油箱加滿油時(shí)，油量指示表的示數(shù)如下圖丙所示。（1）當(dāng)RX所受壓力為零時(shí)，RX的阻值為多少？（2）當(dāng)油箱內(nèi)汽油用完時(shí)，油量指示表的指針指向某一位置，求此位置所對(duì)應(yīng)的電流值是多少？（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）（3）油箱裝滿油時(shí)，油對(duì)RX的壓力與壓強(qiáng)各為多少？（1） 當(dāng)F=0時(shí)，由圖乙可知RX=300

2、（2） 當(dāng)油箱內(nèi)汽油用完時(shí)，F(xiàn)=0，RX=300由歐姆定律得I=U/(RX+R0 )=24V/(300+10)=0.08A(3) 當(dāng)油箱加滿油時(shí)，由題意及圖丙可知，此時(shí)I=0.6A結(jié)合I=U/(RX+R0 ) 得， RX=U/IR0 =24V/0.6A10=30當(dāng) RX=30時(shí)，由圖乙可知此時(shí)F=2.8N油對(duì)RX的壓強(qiáng)p=F/S=2.8N/(10×10-4m2)=2.8×103Pa2、（2013河南）小強(qiáng)利用壓力傳感器、電磁繼電器、阻值可調(diào)的電阻R等元件，設(shè)計(jì)了一個(gè)汽車超載自動(dòng)報(bào)警電路，如圖16所示。他了解到這種壓力傳感器所受壓力越大時(shí)，輸出的電壓U就越大，二者的關(guān)系如圖1

3、7所示。閉合開關(guān)S，當(dāng)繼電器線圈中電流大于或等于20mA時(shí)，銜鐵被吸合。已知傳感器的輸出電壓U即為繼電器控制電路的電源電壓，線圈的電阻為20。 (1)車輛不超載時(shí)，工作電路中綠燈亮；當(dāng)傳感器所受壓力增大到一定程度時(shí)，紅燈亮，說明汽車超載。請(qǐng)你判斷燈_ (選填“L1”或“L2”)是紅燈。(2)某水平公路橋禁止質(zhì)量大于或等于20t的車輛通行，要用小強(qiáng)設(shè)計(jì)的裝置為此橋報(bào)警，R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為多少?（g取10N/kg）(3)在水平路面上，要使該裝置報(bào)警，通過車輛的最小重力為多少？(4)請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)，說明超載的一項(xiàng)危害。（1)當(dāng)傳感器所受壓力增大到一定程度時(shí)，由題意可知輸出電壓增大到一定程度，繼電

4、器線圈中電流等于或大于20mA，銜鐵被吸合，燈L2亮，即L2是紅燈。(2）質(zhì)量為20t的車輛對(duì)橋的壓力F=G=mg=20×103kg×10N/kg=2×105N當(dāng)F=2×105N時(shí)，由圖17可知輸出電壓U=1V。此裝置要為該橋報(bào)警，當(dāng)F=2×105N時(shí)，繼電器線圈中電流I=20mA=2×10-2A由歐姆定律得，R總=U/I=1V/（2×10-2A）=50R=R總R線=5020=30（3） 由U=I(R+R線）可知，當(dāng)R調(diào)為0時(shí)，輸出電壓最小，車的重最小時(shí)仍可報(bào)警。最小輸出電壓U=IR線=2×10-2A×2

5、0=0.4V.由圖17可知，此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力F=0.8×105N=8×104N.(4)壓強(qiáng)大，損壞路面（或質(zhì)量大，慣性大，不易剎車）甲 圖22 乙3、（2013南寧）圖22甲所示是某工廠的水平傳送帶上產(chǎn)品運(yùn)輸及計(jì)數(shù)器的示意圖。S為激光光源，能連續(xù)發(fā)射粗細(xì)忽略不計(jì)的激光束；R為光敏電阻，當(dāng)有光照射時(shí)，其阻值較小，無激光照射時(shí)，其阻值較大。每當(dāng)水平傳送帶上的產(chǎn)品和傳送帶一起勻速通過S與R之間時(shí)，射向光敏電阻的激光被產(chǎn)品擋住，通過電壓表測(cè)出光敏電阻R兩端電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖22乙所示。已知計(jì)數(shù)器的電源電壓為3V，保護(hù)電阻R0=200。若水平傳送帶上的產(chǎn)品均是邊長(zhǎng)a=0.1m、質(zhì)

6、量m=2.5kg的實(shí)心正方體，求：（1）產(chǎn)品的密度；（2）產(chǎn)品對(duì)傳送帶的壓強(qiáng)；（3）傳送帶傳輸產(chǎn)品的速度；（4）計(jì)數(shù)器工作1min，光敏電阻R在有激光照射時(shí)消耗的電能。(1)正方體產(chǎn)品的體積V=a3=(0.1m)3=1×10-3m3產(chǎn)品的密度=m/V=2.5kg/(1×10-3m3)=2.5×103kg/m3 (2) 產(chǎn)品對(duì)傳送帶的壓力F=G=mg=2.5kg×10N/kg=25N S=(0.1m)2=0.01m2產(chǎn)品對(duì)傳送帶的壓強(qiáng)p=F/S=25N/(0.01m2)=2.5×103Pa(3) 當(dāng)產(chǎn)品通過S與R之間時(shí)，光敏電阻R無光照射，由題意

7、可知其阻值較大，根據(jù)串聯(lián)分壓的規(guī)律此時(shí)電壓表示數(shù)較大，結(jié)合圖乙可知無光照射時(shí)間為0.2s。傳送帶傳輸產(chǎn)品的速度v=a/t=0.1m/0.2s=0.5m/s.(4）從乙圖可知，有激光照射時(shí)R兩端電壓U1=1V，電路中的電流I=(U-U1)/R0=(3-1)V/200=0.01A1min內(nèi)有光照射R的時(shí)間t=60×0.4/0.6 s=40s其消耗電能W=U1It=1V×0.01A×40s=0.4J4、（2013婁底）電梯為居民出入帶來很大的便利，小明家住東方豪苑某棟6樓，放學(xué)后，乘電梯回家：（1）若小明的體重為500N，腳與電梯地面的總接觸面積為0.05m2,則小明對(duì)

8、電梯地面的壓強(qiáng)為多少?（2）若電梯在20s內(nèi)將小明勻速提升15m，在此過程中，電梯上升的速度是多少？電梯對(duì)小明做了多少功？電梯對(duì)小明做功的功率為多少？小明又查閱資料，了解到出于安全考慮，電梯都設(shè)置超載自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，其工作原理如圖甲所示，電路由工作電路和控制電路組成：在工作電路中，當(dāng)電梯沒有超載時(shí)，觸點(diǎn)K與觸點(diǎn)A接觸，閉合開關(guān)S，電動(dòng)機(jī)正常工作；當(dāng)電梯超載時(shí)，觸點(diǎn)K與觸點(diǎn)B接觸，電鈴發(fā)出報(bào)警鈴聲，閉合開關(guān)S，電動(dòng)機(jī)不工作。在控制電路中，已知電源電壓U6V，保護(hù)電阻R1100，電阻式壓力傳感器（壓敏電阻）R2的阻值隨壓力F大小變化如圖乙所示，電梯底架自重和電磁鐵線圈的阻值都忽略不計(jì)。甲壓敏電阻R2

9、電梯底架控制電路工作電路電鈴電源銜鐵彈簧乙R2/F/ N0（3）在控制電路中，當(dāng)壓敏電阻R2受到的壓力F增大時(shí)，其阻值減小，從而使電磁鐵的磁性(填“增強(qiáng)”、“減弱”或“不變”)。（4）若電磁鐵線圈電流達(dá)到20mA時(shí)，銜鐵剛好被吸住，電鈴發(fā)出警報(bào)聲。當(dāng)該電梯廂內(nèi)站立總質(zhì)量為1000kg的乘客時(shí)，試通過計(jì)算說明電梯是否超載？（g取10N/kg）（1）p=F/S=G/S=500N/0.05m2=1×104Pa(2)v=s/t=15m/20s=0.75m/sW=Gh=500N×15m=7.5×103JP=W/t=7.5×103J/20s=375W（3）控制電路的

10、用電器由R1和R2串聯(lián)組成，當(dāng)壓敏電阻R2受到的壓力F增大時(shí)，其阻值減小，電路中的電流增大，電磁鐵磁性增強(qiáng)。（4）總質(zhì)量為1000kg的乘客的總重G=mg=1000kg×10N/kg=10000N.當(dāng)壓力F=10000N時(shí)，由圖乙可知R2=100這時(shí)控制電路中的電流I=U/(R1+R2)=6V/(100+100)=0.03A=30mA30mA>20mA，由題意可知，銜鐵被吸住，電鈴發(fā)出警報(bào)聲，說明電梯超載。5、（2013煙臺(tái)）圖19甲是某型號(hào)電子秤，其原理結(jié)構(gòu)如圖19乙所示R0為定值電阻，R是壓敏電阻，其阻使隨所受壓力F變化的關(guān)系如圖19丙所示，改寫電壓表（量程為3V）的表盤數(shù)

11、值后可直接讀出所稱物體的質(zhì)量設(shè)踏板的質(zhì)量為5Kg，電源電壓保持9V不變g取1ON/Kg（1)空載時(shí)電壓表的示數(shù)為1V求R0的阻值（2)該電子秤的量程多大？（3)如果保持電子秤結(jié)構(gòu)和電壓表量程不變，只在電路中增加一個(gè)電阻使電子秤的量程變?yōu)?1Okg計(jì)算說明應(yīng)使用多大的電阻?如何連接？(1)空載時(shí)，踏板的重力G0=m0g=5kg×10N/kg=50N.根據(jù)圖像可知，當(dāng)壓敏電阻所受壓力為50N時(shí)，其對(duì)應(yīng)的電阻為R1等于240.由歐姆定律可得通過壓敏電阻的電流I1=（U-U1)/R1=(9V-1V)/240=1/30A壓敏電阻和R0串聯(lián)，由歐姆定律可得R0的阻值：R0=U1/I1=1V/(1

12、/30A)=30.(2)電子秤量程最大時(shí)對(duì)應(yīng)著電壓表量程的最大值，此時(shí)R0分得電壓為3V，此時(shí)電路中的電流I2=U2/R0=3V/30=0.1A因?yàn)閴好綦娮韬蚏0串聯(lián)，由歐姆定律可得壓敏電阻的阻值R2為：R2=（UU2)/I2=(9V3V)/0.1A=60由圖像可得60的壓敏電阻對(duì)應(yīng)的壓力為950N，且踏板的重力為50N,所以此時(shí)能稱量的最大質(zhì)量為m=G/g=(950N50N)/10N/kg=90kg(3) 當(dāng)電子秤的量程變?yōu)?1Okg時(shí)，由重力公式可得：G/ =m/g=110kg×10N/kg=1100N因?yàn)樘ぐ宓闹亓?0N，所以壓敏電阻受到的總壓力為1150N.由圖像可得，當(dāng)壓

13、敏電阻所受壓力為1150N時(shí)，其對(duì)應(yīng)的電阻為R3等于20.根據(jù)歐姆定律可得此時(shí)電路的總電阻R總=U/I2=9V/0.1A=90串聯(lián)的電阻R加=R總R3R0=902030=40要使電子秤的量程變?yōu)?1Okg，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)阻值為40的電阻。6、（2013成都）某興趣小組設(shè)計(jì)了如圖34所示電路，AB為裸導(dǎo)線，CD、EF是材料、粗細(xì)完全相同的均勻裸電阻絲，其電阻與長(zhǎng)度成正比。AB、CD平行放置，并用導(dǎo)線與電流表、開關(guān)S1 和電源相連，電源電壓U=10V，EF垂直放置在AB、CD的中點(diǎn)間，且接觸良好，CD=2EF，A、C兩點(diǎn)有開關(guān)S2。現(xiàn)只閉合S1，電流表示數(shù)I1=1A；若把EF從兩中點(diǎn)間向左邊移動(dòng)一段距

14、離后，電流表的示數(shù)為I2=I1 ；若把EF從兩中點(diǎn)間向右邊移動(dòng)一段距離后，電流表的示數(shù)為I3=2I1。求：（1）在上述EF向左、向右移動(dòng)過程中，電路總電阻的變化量大小R左、R右各為多少？（2）電流表示數(shù)為I2時(shí)，EF消耗的功率與電路消耗的總功率之比為多少？（3）把EF移動(dòng)到B、D兩點(diǎn)間，再閉合兩開關(guān)，電路消耗的總功率為多少？（1）電路為串聯(lián)電路R總1=10R總2=12.5R總3=5R左= R總2- R總1 = 12.5-10=2.5R右= R總1- R總3 = 10-5=5 （2）由題意REF=10/2=5 RCD=2REF =10由P=I2R得 PEF:P總=（I22×REF）：（

15、I22×R總2）= REF ：R總2 =2 ：5 （3）此時(shí)REF與RCD并聯(lián)P總3 =(10V)2/5+(10V)2/10=30W 7、（2013樂山）寒寒在學(xué)習(xí)了滑動(dòng)變阻器的原理后，用鉛筆芯代替電阻線制作了一盞實(shí)驗(yàn)臺(tái)燈。如圖所示是臺(tái)燈的原理圖，AB表示鉛筆芯，P是滑片，寒寒選擇的小燈泡L上標(biāo)有“6V 3W”的字樣。閉合開關(guān)S后，把滑片P移到A端時(shí)，小燈泡正常發(fā)光；把滑片P移到B端時(shí)，電流表的示數(shù)為0.2 A（小燈泡的阻值不隨溫度變化）求：（1）小燈泡的電阻（2）鉛筆芯的最大阻值（3）當(dāng)滑片P滑到B端時(shí)，小燈泡的實(shí)際功率解：（1）由得(2) 當(dāng)滑片在A端時(shí)，,小燈泡正常發(fā)光 電源電

16、壓當(dāng)滑片在B端時(shí)：(3) 當(dāng)滑片P滑到B端時(shí)，小燈泡的實(shí)際功率：8、（2013株洲）如圖甲所示，是研究小組的同學(xué)們自制的簡(jiǎn)易電子秤原理圖，它利用電壓表的示數(shù)來測(cè)物體的質(zhì)量，托盤、彈簧上端和滑動(dòng)變阻器滑片固定在一起，托盤和彈簧的質(zhì)量不計(jì)，彈簧置于絕緣底座上。不計(jì)摩擦，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，電源電壓恒定。當(dāng)盤中沒有放物體時(shí)，滑片P在滑動(dòng)變阻器的最上端，電壓表的示數(shù)為0。當(dāng)稱量物體的質(zhì)量時(shí)，滑片P在物體對(duì)電子秤的壓力作用下向下端滑動(dòng)，此過程中：乙甲（1）變阻器連入電路的電阻，電流表的示數(shù)，電壓表的示數(shù)（填“變大”“變小”或“不變”）；（2）經(jīng)研究分析得出被測(cè)物體的質(zhì)量與電壓表的示數(shù)滿足如乙圖所示的關(guān)

17、系，這樣把電壓對(duì)應(yīng)的質(zhì)量刻在電壓表的刻度盤上，就可以直接讀出被測(cè)物體的質(zhì)量。若電壓表的示數(shù)為1V，則被測(cè)物體的質(zhì)量是kg。（1）“去表”簡(jiǎn)化電路，可以判斷出滑動(dòng)變阻器的全部阻值接入電路，滑片的移動(dòng)并不能改變連入的阻值，故電路中電流也不會(huì)改變；電壓表測(cè)的是滑動(dòng)變阻器上面一段電阻的電壓，滑片向下滑動(dòng)，上面一段電阻的阻值增大，其分得電壓將增大，電壓表的示數(shù)增大。（2）由圖乙可判斷出物體質(zhì)量m與電壓U成正比，此時(shí)電壓是標(biāo)出電壓的1/3，故物體的質(zhì)量是標(biāo)出質(zhì)量的1/3，即m=1.5kg×1/3=0.5kg。答案：（1）不變    (2) 不變 (3）變大 （4)

18、0.5 9、（2013遂寧）在如圖所示電路中，電源電壓保持不變，燈L標(biāo)有“4v 1.6w”字樣。閉合開關(guān)S，當(dāng)滑片P置于滑動(dòng)變阻器的C點(diǎn)時(shí)，Rab=4Rac，燈L正常發(fā)光，20秒內(nèi)電流對(duì)滑動(dòng)變阻器做功為16焦。(燈L的電阻保持不變)求： (1) 燈L的阻值為多少？ (2) 滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為多少？ (3) 電源電壓是多少V? (4) 滑片P在b端時(shí)電壓表的示數(shù)為U1；將滑片置于變阻器的某一位置D時(shí)，電壓表示數(shù)為U2，且U1：U2=8：5，則P置于D時(shí)燈L實(shí)際消耗的電功率是多少W?（1） 燈L的阻值為RL=U額2/P額=（4V)2/1.6W=10（2） 滑動(dòng)變阻器與燈L串聯(lián)，當(dāng)滑片P置于C

19、點(diǎn)時(shí)，燈L正常發(fā)光。此時(shí)電路中的電流I0=I額=P額/U額=1.6W/4V=0.4A已知20秒內(nèi)電流對(duì)滑動(dòng)變阻器做功為16焦，由WR=I12Ract可算出Rac：Rac=WR/(I02t)=16J/(0.42A2×20s)=5由題意可知滑動(dòng)變阻器R的最大阻值Rab=4Rac=4×5=20（3） 由歐姆定律可計(jì)算出電源電壓U：U=I0(Rac+RL)=0.4A×(5+10)=6V（4） 滑片P在b端時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大。由歐姆定律可計(jì)算出此時(shí)電路中的電流I1：I1=U/(Rab+RL)=6V/(20+10)=0.2A電壓表測(cè)的是滑動(dòng)變阻器的電壓，由歐姆定律可計(jì)算出此時(shí)滑動(dòng)變阻器的電壓U1=I1Rab=0.2A×20=