Question

【題目】導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變電阻效應(yīng)。圖甲所示，用來稱重的電子吊秤，就是利用了這個(gè)應(yīng)變效應(yīng)。電子吊秤實(shí)現(xiàn)稱重的關(guān)鍵元件是拉力傳感器。其工作原理是：掛鉤上掛上重物，傳感器中拉力敏感電阻絲在拉力作用下發(fā)生微小形變（宏觀上可認(rèn)為形狀不變），拉力敏感電阻絲的電阻也隨著發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成將所稱物體重量變換為電信號(hào)。

物理小組找到一根拉力敏感電阻絲RL，其阻值隨拉力F變化的圖象如圖乙所示，小組按圖丙所示電路制作了一個(gè)簡(jiǎn)易“吊秤”。電路中電源電動(dòng)勢(shì)E＝3V，內(nèi)阻r＝1Ω；靈敏毫安表量程為10mA，內(nèi)阻Rg＝50Ω；R1是可變電阻器，A、B兩接線柱等高且固定�，F(xiàn)將這根拉力敏感電阻絲套上輕質(zhì)光滑絕緣環(huán)，將其兩端接在A、B兩接線柱之間固定不動(dòng)。通過光滑絕緣滑環(huán)可將重物吊起，不計(jì)敏感電阻絲重力，現(xiàn)完成下列操作步驟：

步驟a.滑環(huán)下不吊重物時(shí)，閉合開關(guān)調(diào)節(jié)可變電阻R1使毫安表指針滿偏；

步驟b.滑環(huán)下吊上已知重力的重物G，測(cè)出電阻絲與豎直方向的夾角為θ；

步驟c.保持可變電阻R1接入電路電阻不變，讀出此時(shí)毫安表示數(shù)I；

步驟d.換用不同已知重力的重物，掛在滑環(huán)上記錄每一個(gè)重力值對(duì)應(yīng)的電流值；

步驟e：將電流表刻度盤改裝為重力刻度盤。

（1）試寫出敏感電阻絲上的拉力F與重物重力G的關(guān)系式F＝____；

（2）設(shè)R-F圖象斜率為k，試寫出電流表示數(shù)I與待測(cè)重物重力G的表達(dá)式I＝ ___（用E、r、R1、Rg、R0、k、θ表示）；

（3）若R-F圖象中R0＝100Ω，k＝0.5Ω／N，測(cè)得θ＝60°，毫安表指針半偏，則待測(cè)重物重力G=___ N；

（4）關(guān)于改裝后的重力刻度盤，下列說法正確的是（_____）

A．重力零刻度線在電流表滿刻度處，刻度線均勻

B．重力零刻度線在電流表零刻度處，刻度線均勻

C．重力零刻度線在電流表滿刻度處，刻度線不均勻

D．重力零刻度線在電流表零刻度處，刻度線不均勻

（5）若電源電動(dòng)勢(shì)不變，內(nèi)阻變大，其他條件不變，用這臺(tái)“簡(jiǎn)易吊秤”稱重前，進(jìn)行了步驟a操作；則測(cè)量結(jié)果___（填“偏大”、“偏小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】（1）； （2）； （3）600 N ； （4）C； (5) 不變

【解析】

（1）對(duì)滑環(huán)受力分析，由平衡知識(shí)可知：2Fcosθ=G，解得；

（2）由圖乙可知：R=kF+R0；由丙電路可知：

；

（3）將R0＝100Ω，k＝0.5Ω／N，θ＝60°，I=Ig=5mA，E＝3V，內(nèi)阻r＝1Ω，Rg＝50Ω帶入 可得G=600N；

（4）當(dāng)不掛重物時(shí)，電流計(jì)滿篇，則重力零刻度線在電流表滿刻度處，因G與I不是正比關(guān)系，則刻度線不均勻，故選C.

（5）實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行了a操作，則，則當(dāng)掛重物G時(shí)：，則I不變，對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果無影響，測(cè)量結(jié)果不變.