高三物理传感器的应用

高三物理传感器的应用内容摘要：

F = 20=ma′ ∴ a = 10m/，或向右做匀减速直线运动。 两上质量不计的弹簧将一金属块支在箱子的上顶板与下顶板之间，箱子只能沿竖直方向运动，如图所示。 两弹簧原长均为 ，劲度系数均为 60N /m。 当箱子以 a = ，上弹簧的长度为 ，下弹簧的长度为 （ g取 10m/s2 ）。 若上顶板压是下顶板压力的四分之一，试判断箱子的运动情况。 解 :根据胡克定律 F = kx,设上弹簧压力为 F1 ,下弹簧压力为 F2,则 F1 = kx1= 60 N = 6N。 对滑块而言向下 F2 = kx2 = 60 = 12 设向下为正方向，当金属块以 m/s2的加 速度匀减速上升时，金属块受力如图甲所示，由牛顿第二定律得 mg + F1 —F2 = m a ， 10m +6 —12 = 2m ∴ m = 2 kg 弹簧总长度不变，则 L = L1+L2 = m 当上顶板压力为下底板压力的 1/4 时，设上、下弹簧的压缩量分 别为 x1′、 x2′ 2L0 – x1′– x2′= ， kx1′= kx2′/ 4 ∴ x1′= m ； x2′= m F1′= kx1′= N； F2′= kx2′= N mg + F1′—F2′= ma ∴ a = － 箱子以大小为。 6． 加速度计是测定物体加速度的仪器 ,在现代科技中它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船制导系统的信息源 .如图所示为应变式加速度计的原理示意图 ,当系统加速时 ,加速度计中的敏感元件也处于加速状态 ,敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器 R上自由滑动 ,当系统加速时敏感元件发生位移 ,并转换成电信号输出。 已知敏感元件的质量为 m,两侧弹簧的劲度系数均为 k,电源的电动势为 E,内电阻不计 ,滑动变阻器总电阻为 R,有效长度为 L,系统静止时滑片位于滑动变阻器中央，电压表指针恰好位于表盘中央 ,求 : （ 1）系统加速度 a与电压表示数 U的函数关系式 , （ 2）将电压表的刻度盘改为加速度的示数后，其刻度是均匀的，还是不均匀的。 为什么 ? （ 3）若电压表的指针指向满刻度的 3/4位置 ,此时系统处于加速状态 ,还是减速状态。 加速度的值是多大 ?（设向右方向为飞行器前进的方向） 解 :⑴ 飞行器静止时电压表读数为U0 = E/2 设此时弹簧均处于自然状态。 当飞行器加速向右运动时 ,两弹簧的形变均为 x,则有 : 2 kx = ma 由分压原理，电压的变化△ U = E/2 –U； 由以上两式得： a = ⑵ 因为 a — U关系为线性关系，所以将电压表的刻度改为加速值后，其刻度仍然是均匀的。 ⑶ 电压表指针指向满刻度的 3/4时，用 U = 3E/4代入上式得 a = － KL/2m。 负号表示飞行器向右做匀减速运动。 有一种角速度计可以测量航天器的转动角速度 .其结构如图所示 ,角速度计固定在待测装置上 ,当装置绕竖直轴 OO′转动时 ,元件 A在光滑杆上发生位移并输出电压信号 ,成为航天器制导系统的信息源 .已知 A的质量 为 m， 弹簧的劲度系数为 k， 自然长度为 Lo ， 电源的电动势为 E。 当系统以角速度 ω转动时 ， 求电压表读数 U与角速度 ω的函数关系。 解；当系统以角速度 ω转动时，对元件 A，弹簧的弹力提供做圆周运动的向心力为 k x = mω2 ( Lo+x ) 电压表的读数 U = x E /L . 由此解得 U与 ω的函数关系： U = mω2Lo E / (kL— mω2L ) 当 x =L时， U = E， ω= [ kL /m(Lo+L) ]1/ 2。 上式成立的条件是： ω ＜ [ kL /m (Lo+L) ]1 / 2 如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为 E，内阻不计。 不称物体时，滑片 P在 A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大 ,电流较小。 称重物时 ,有压力作用下使滑片 P下滑 ,滑动变阻器有效 电阻变小 , 电流变大 ,这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上 ,就可以读出被称物体的重量值 .若滑动变阻器上 A、 B间距离为 L,最大阻值等于电阻阻值 Ro ，已知两只弹簧的总弹力与形变量成正比 ,比例系数为 k, 所称重物的重量 G与电流大小 I的关系为：（ A） A. G = 2kL—kEL/IR0； B. G =2kL +kEL/IR0。 C. G = E/IR0 + kL； D. G = K I L 如图所示为某种电子秤的原理示意图 ,AB为一均匀的滑线变阻器 ,阻值为 R,长度为 L,两边分别有 P P2两个两个滑动触头 ,与 P1相连的金属杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆 M收保持水平状态，金属细杆与托盘相连 ,金属杆所受重力不计 .弹簧处于原长时 P1刚好指向 A端 .若 P P2间出现电压时 ,该电压经过放大 ,通过信号转换后在显示屏上显示出质量的大小 .已知弹簧的劲度系数为 k,托盘自身质量为 mo ,电源的电动势为 E,电源的内阻忽略不计 ,信号放大器、信号转换器和显示器的分流作用忽略不计。 求：⑴ 托盘上未放物体时 ,在托盘的自身重力作用下 ,P1距 A端的距离 x1。 ⑵ 在托盘上放有质量为m的物体时， P1距 A端的距离 x2 ；⑶ 在托盘上未放物体时通常先校准零点 ,其方法是 :调节 P2,从而使 P P2间的电压为零。 校准零点后 ,将被称物体放在托盘上。 试推导出被称物体的质量 m与 P P2间电压 U的函数关系。 解：⑴ mog =。