1、 http:/ 托福http:/ 10 年专注，8 万上海家长首选朗朗家教网！上海高中物理力电测量类试题赏析力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及 ABS 防抱死制动系统等。应用一、测物体的质量例1 在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量，如图所示，为电子秤的原理图，托盘和弹簧的电阻与质量均不计。滑动变阻器的滑动端 P 通过一水平绝缘轻杆与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表示数为零。设变阻器的总电阻为 R，总长
2、度为 l，电源电动势为 E，内阻为 r，限流电阻的阻值为 R0，弹簧劲度系数为 k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想电压表，当托盘上放上某物体时，电压表的示数为 U，求：此时称量物体的质量。解析：设托盘上放上质量为 m 的物体时，弹簧的压缩量为 x，由题设知： mg=kx，则 x= 由全电路欧姆定律知： I= U=IR=I 联立求解得： 应用二、测物体的加速度http:/ 托福http:/ 10 年专注，8 万上海家长首选朗朗家教网！例2 如图所示是一种悬球式加速度仪。它可以用来测定沿水平轨道做匀加速直线运动的列车的加速度。 m 是一个金属球，它系在细金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在 O
3、点， AB 是一根长为 l 的电阻丝，其阻值为 R金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计。电阻丝的中点 C 焊接一根导线。从 O 点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表 V(金属丝和导线电阻不计)。图中虚线 OC 与 AB 相垂直，且 OC=h，电阻丝 AB 接在电压恒为 U 的直流稳压电源上。整个装置固定在列车中使 AB 沿着车前进的方向。列车静止时金属丝呈竖直状态。当列车加速或减速前进时，金属线将偏离竖直方向 ，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小。求：(1)当列车向右做匀加速直线运动时，试写出加速度 a 与 角的关系及加速度 a 与电压表读数的对应关系。(2)这个装置能测得的最大加速度是多
4、少？解析：( 1)小 球 受 力 如 图 所 示 。由 牛 顿 定 律 得 ： a= = =gtan设 细 金 属 丝 与 竖 直 方 向 夹 角 为 时 ， 其 与 电 阻 丝 交 点 为 D， CD 间 的 电 压 为 ，http:/ 托福http:/ 10 年专注，8 万上海家长首选朗朗家教网！则 ，故 得（2）因 CD 间的电压最大值为 U/2，即 Umax= U/2，所以 amax= g。例3 “加速度计”作为测定物体加速度的仪器，已被广泛地应用于飞机、潜艇、导弹、航天器等装置的制导中，如图所示是“应变式加速度计”的原理图。支架 A、 B 固定在待测系统上，滑块穿在A、 B 间的水平
5、光滑杆上，并用轻弹簧固接于支架 A 上，其下端的滑动臂可在滑动变阻器上自由滑动。随着系统沿水平方向做变速运动，滑块相对于支架发生位移，并通过电路转换为电信号从1、2两接线柱输出。已知滑块质量为 m，弹簧劲度系数为 k，电源电动势为 E，内电阻为 r，滑动变阻器总阻值 R=4r，有效总长度为 L。当待测系统静止时，滑动臂 P 位于滑动变阻器的中点，且1、2两接线柱输出的电压U0=04 E，取 AB 方向为参考正方向。（1）写出待测系统沿 AB 方向做变速运动的加速度 a 与1、2两接线柱间的输出电压 U 间的关系式。（2）确定该“加速度计”的测量范围。解析：(1)设待测系统沿 AB 方向有加速度
6、 a，则滑块将左移 x，满足 kx=ma，http:/ 托福http:/ 10 年专注，8 万上海家长首选朗朗家教网！此时 U0-U= ，而 R=故有 a=(2)当待测系统静止时，滑动臂 P 位于滑动变阻器的中点，且1、2两接线柱输出的电压 U0=04 E，故输出电压的变化范围为0 U2 U0，即0 U08 E，结合（1）中导出的 a 与 U 的表达式，可知加速度计的测量范围是- a 。应用三、测物体的角速度例4 角速度计可测量飞机、航天器等的转动角速度，其结构如图所示。当系统 OO/转动时，元件 A发生位移并输出电压信号，成为飞机、航天器等的制导系统的信号源。已知 A 的质量为 m，弹簧的劲
7、度系数为 K、自然长度为 L，电源的电动势为 E、内阻不计，滑动变阻器总长度为 。电阻分布均匀，系统静止时 P 在 B 点。请导出当系统以角速度 转动时输出电压 U 和 的函数式。解析：对 A 进行受力分析，设当角速度为 时，弹簧伸长了 ，对 A 用圆周运动知识列方程：弹簧的伸长量刚好是滑片 P 向右滑动的距离，此时分压http:/ 托福http:/ 10 年专注，8 万上海家长首选朗朗家教网！整理两式得： 应用四、测物体的受力例5 某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻弹簧的一端 N 相接，穿在光滑的金属杆上。弹簧是绝缘材料制成的，其劲度系数 k=1300N/m，自然长
8、度 L0=05m，均匀金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积 S=05m 2，工作时总是正对着风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆 M 端相连，右端导线接在 N 点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。限流电阻的阻值 R=1，电源的电动势 E=12V，内阻 r=05。合上开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数 U1=30V；如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表的示数变为 U2=20V，求：金属杆单位长度的电阻；此时作用在迎风板上的风力；若风（运动的空气）与迎风板作用后速度变为零，已知装置所在处的空气密度为13kg/m 3，求风速为多大？解析：设无风时金属杆接入电路的
9、电阻为 R1，风吹时接入电路的电阻为 R2，由题意得无风时： 得 所以金属杆单位长度的电阻 http:/ 托福http:/ 10 年专注，8 万上海家长首选朗朗家教网！有风时： 得 此时，弹簧长度 压缩量 由平衡得此时风力： 由动量定理得： 得 应用五、测物体的位移例6 传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用。如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器演示位移传感器的工作原理如图示，物体 M 在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆 P，通过电压表显示的数据，来反映物体位移的大小 x假设电压表是理想的，则下列说法正确的是( )A物体 M 运动时，电源内的电流会发生变化B物体 M 运动时，电压表的示数会发生变化http:/ 托福http:/ 10 年专注，8 万上海家长首选朗朗家教网！C物体 M 不动时，电路中没有电流D物体 M 不动时，电压表没有示数解析：由全电路欧姆定律知，无论 M 是否运动，电路中均有电流，且大小不变。由部分电路欧姆定律知，M 不动时，电压表有读数；M 运动时，电压表的示数会发生变化，故选 B。
