高一物理傳感器的應(yīng)用實(shí)例-展示頁
2024-11-21 09:17本頁面
【正文】 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(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上 ,記下輸出電壓 U 由 U0=km0g,得 k=U0/m0g U=k m g,所以 m=m0U/U0 例題 2：（風(fēng)力測(cè)定儀）如圖所示為一種測(cè)定風(fēng)作用力的儀器原理圖，圖中 P為金屬球，懸掛在一細(xì)長裸金屬絲下面， O是懸掛點(diǎn)， R0是保護(hù)電阻， CD是水平放置的光滑電阻絲，與懸掛小球的細(xì)金屬絲始終保持良好接觸，無風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲與電阻絲在 C點(diǎn)接觸，此時(shí)電路中的電流為 I，有風(fēng)時(shí)細(xì)金屬絲將偏轉(zhuǎn)一角度 θ （ θ 與風(fēng)力大小有關(guān)），細(xì)金屬絲與電阻絲在 C/點(diǎn)接觸，已知風(fēng)力方向水平向左，OC=h， CD=L，球的質(zhì)量為 M，電阻絲單位長度的電阻為 k，電源內(nèi)電阻和細(xì)金屬絲電阻均不計(jì)，金屬絲偏轉(zhuǎn) θ 角時(shí)，電流表的示數(shù)為 I/，此時(shí)風(fēng)力大小為 F，試寫出： ① 風(fēng)力大小 F與 θ的關(guān)系式； ② 風(fēng)力大小 F與電流表示數(shù) I/ 的關(guān)系式 。 （ 2）簡(jiǎn)要說明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù) k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m。請(qǐng)完成對(duì)該物體的測(cè)量 m。 例 1：某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面受到的壓力（比例系數(shù)為 k）如圖所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放上物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓 U。傳感器的應(yīng)用 力電傳感器 :主要是利用敏感元件和變阻器把 力學(xué)信號(hào) （位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)化為 電學(xué)信號(hào) （電壓、電流等）的儀器。力電傳感器廣泛地應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)、現(xiàn)代科技中，如安裝在導(dǎo)彈、飛機(jī)、潛艇和宇宙飛船上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及 ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)等。 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(dòng)變阻器、干電池一個(gè)、電鍵及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）。 （ 1）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力轉(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(cè)量電路圖。 （ 3）請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問題。 ③此裝置所測(cè)定的最大風(fēng)力是多少 ？ R0 O P D B θ C A 電 源 例 3(1)慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件是加速度計(jì)?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離 O點(diǎn)的距離為 S，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度 （ ） A. 方向向左，大小為 k S/m B．方向向右，大小為 k S/m C．方向向左，大小為 2k S/m D. 方向向右，大小為 2k S/m 0 10 10 U P D (2)若電位器 （ 可變電阻 ） 總長度為 L， 其電阻均勻 ， 兩端接在穩(wěn)壓電源 U0上 ， 當(dāng)導(dǎo)彈以加速度 a沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 與滑塊連接的滑動(dòng)片 P產(chǎn)生位移 ， 此時(shí)可輸出一個(gè)電信號(hào) U， 作為導(dǎo)彈慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源 ， 為控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸入信息 ， 試寫出 U與 a 的函數(shù)關(guān)系式 。如圖為應(yīng)變式加速度計(jì)示意圖，當(dāng)系統(tǒng)加速時(shí)，加速度計(jì)中的敏感元件也處于加速狀態(tài)，敏感元件由彈簧連接并架在光滑支架上，支架與待測(cè)系統(tǒng)固定在一起，敏感元件下端的滑動(dòng)臂可在滑動(dòng)變阻器 R上自由滑動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，敏感元件發(fā)生位移，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，已知：敏感元件的質(zhì)量為 m，兩彈簧的勁度系數(shù)為 k，電源的電動(dòng)勢(shì)為 E，內(nèi)電阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的總電阻為 R，有效長度為 L，靜態(tài)時(shí)輸出電壓為 U0。 ① 滑動(dòng)觸頭左右移動(dòng)過程中， 電路中電流如何變化？ ②若車的加速度大小為 a，則 兩彈簧的形變量是多少？ ③求加速度 a與輸出電壓 U的 關(guān)系式 敏感 元件 輸出 信號(hào) E R 例題 5：（ 2020上海考題）演示位移傳感器的工作原理如右圖示，物體 M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿 p，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小 x。當(dāng)系統(tǒng)繞軸 OO′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，元件 A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)，成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源?；瑒?dòng)變阻器總長也為 l ，電阻分布均勻，系統(tǒng)靜止時(shí) P在 B點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)以角速度 ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，試寫出輸出電壓 U與 ω的函數(shù)式。當(dāng)箱以 a= m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 上頂板的傳感器顯示的壓力為 ， 下底板的傳感器顯示的壓力為 。 (2)要使上頂板傳感器的示數(shù)為零 ,箱 沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的情況可能是怎樣的 ？ m 原來 （ 1） （ 2） 解： m F=10N F1 =6N mg a 向上做勻減速運(yùn)動(dòng) a向下 a=2m/s2 mg+F1F=ma m= F mg F2 a2 上頂板示數(shù)是下底板示數(shù)的 1/2 彈簧長度不變F=10N F2=5N mg+F2F=ma2 a2=0 靜止或勻速運(yùn)動(dòng) F mg a3 上頂板示數(shù)為零，則彈簧變短 F≥10N F3=0 F – mg = ma3 a3 ≥ 10m
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