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實驗11 傳感器的簡單應用
【考綱鏈接】
1.本實驗在新課標物理《高考大綱》中是必考內(nèi)容實驗之十一.傳感器的簡單應用。
2. 本實驗見普通高中課程標準實驗教科書《物理》選修3-2（人民教育出版社課程教材研究所物理課程教材研究開發(fā)中心編著，人民教育出版社出版）的第6章傳感器 第4節(jié)傳感器的應用實驗（第70~72頁）。由于本實驗是歷來的教科書所沒有的，許多教師沒有做過，不太熟悉，有些學校實驗室沒有所需器材（如施密特觸發(fā)器等）,所以要特別重視。
以型號HEF40106B施密特觸發(fā)器為例
圖6-2-1
圖6-2-1是型號HEF40106B觸發(fā)器的引腳示意圖，由圖可以看出，在同一塊集成片上分別做了6塊獨立的施密特觸發(fā)器，如果使用第1塊，只需要在 接輸入電壓，在 接輸出電壓，然后分別把 接到穩(wěn)壓電源， 接地，就可以工作了。
實驗原理：
圖6-2-2
將電路按圖6-2-2連接， 為光敏電阻， ， 為電阻箱， 為發(fā)光二極管，A點為施密特觸發(fā)器的輸入端，Y點為施密特觸發(fā)器的輸出端。適當選擇 ， 的阻值后，當外界光線很強時， 上的電阻相對比較小，A點的電壓小于 ，Y點輸出高電位，發(fā)光二極管兩端的電勢差很小，因此不能發(fā)光；當外界光線變?nèi)鯐r， 上的電阻顯著增大， A點的電壓也顯著增大，當增大到 時，Y點輸出低電位，發(fā)光二極管兩端有大約5V的電勢差，發(fā)光二極管開始正常發(fā)光，如果光線強度又進一步開始回升， 上的電阻減小，A點的電壓也開始減小，當A點的電壓小于 時，Y點又輸出高電位，發(fā)光二極管熄滅。
為了更直觀地了解整個電路工作過程，也可以分別用兩個電壓表對A點和Y點的電壓進行測量。
實驗一：光控開關
實驗目的：了解光控開關，對自動控制有初步理解。
實驗電路：見圖6-2-3
圖6-2-3 實驗電路
實驗步驟：
1. 當光弱時，光敏電阻阻值大，電流小，A端輸入高電位（1），Y端輸出低電位（0），發(fā)光二極管亮，如圖6-2-4.
圖6-2-4
2. 當光強時，光敏電阻阻值小，電流大，A端輸入低電位（0），Y端輸出高電位（1），發(fā)光二極管不亮，如圖6-2-5。
圖6-2-5
3. 電阻R1的阻值對電路的作用。電阻R1的阻值由約20 變?yōu)榧s42 （見圖），發(fā)光二極管由亮變不亮的轉換電流（光敏電阻處）由400 變?yōu)?00 （見圖6-2-6），也就是轉換電阻變大了，也就是在光線更暗的情況下燈才能亮。反推之，光控開關用于路燈控制，要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻值調大些。
圖6-2-6
4. 由于集成電路允許通過的電流比較小，要用白熾燈泡模擬路燈，就要使用繼電器來啟閉另外的供電電路，如圖6-2-7，燈泡可用“6V 0.06A”的，繼電器可以使用微型繼電器，本實驗的繼電器的參數(shù)為：額定電壓: 6 V ，操作電壓: 4 V (minimum) ，釋放電壓: 2 V ，線圈電阻: 100 ohms ，接觸電阻: 0 ohms ，最大電流: 5 A ，最大電壓: 400 V。為了防止繼電器釋放銜鐵時線圈中的自感電動勢損壞集成電路，必須給它并聯(lián)一只二極管，以提供自感電流的通路。
圖6-2-7
（1）當光線較強時，光敏電阻的阻值較小，輸入電壓較低，輸出電壓較高，繼電器電流小，不能吸引銜鐵，繼電器開關處斷開狀態(tài)，白熾燈泡不亮，如圖6-2-7.
（2）當光線較弱時，光敏電阻的阻值較大，輸入電壓較高，輸出電壓較低，繼電器電流大，繼電器動作，吸引銜鐵，繼電器開關處接通狀態(tài)，白熾燈泡亮，如圖6-2-8.
圖6-2-8
實驗二、溫度報警器
實驗目的：了解溫度報警器的原理，對自動控制進一步理解。
仿真實驗電路：見圖6-2-9
圖6-2-9
圖6-2-9中， 為熱敏電阻，溫度升高時阻值減小， 為可變電阻，
實驗步驟：
1. 當溫度較低時，熱敏電阻的阻值較大，輸入電壓較低，輸出電壓較高，蜂鳴器不響。如圖6-2-10.
2. 當溫度較高時，熱敏電阻的阻值較小，輸入電壓較高，輸出電壓較低，蜂鳴器響。如圖6-2-11.
圖6-2-10
圖6-2-11
在圖6-2-11的情況下，可以看到蜂鳴器在發(fā)聲，用耳機可以聽到響聲。
例1．熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件�，F(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4~5Ω。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其它備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水杯（圖中未畫出）、電源（3V、內(nèi)阻可忽略）、直流電流表（內(nèi)阻約1Ω）、直流電壓表（內(nèi)阻約5kΩ）、滑動變阻器（0~20Ω）、開關、導線若干。
圖6-2-12
①在圖（a）的方框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小。
②根據(jù)電路圖，在圖（b）的實物圖上連線。
③簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟
1)、往保溫杯中加入熱水，稍等讀出溫度值。
2)、 .
3)、重復①，②測出不同溫度下的數(shù)據(jù)。
4)、 .
（2）廣泛應用于室內(nèi)空調、電冰箱和微波爐等家用電器中的溫度傳感器，是利用熱敏電阻隨溫度變化而變化的特性工作的。在圖甲中，電源的電動勢E = 9.0 V，內(nèi)電阻不可忽略； 為內(nèi)阻不計的靈敏電流表；R0為保護電阻；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度變化關系如圖乙的R- t圖象所示。則熱敏電阻R與攝氏溫度t的關系為R= ；閉合電鍵S，當R的溫度等于40℃時，電流表示數(shù)I1=2.25 mA，則當電流表的示數(shù)I2=3.6 mA時，熱敏電阻R的溫度是________攝氏度。
圖6-2-13
【解析】
（1）因為熱敏電阻的阻值（常溫下約~5Ω）與直流電流表內(nèi)阻（1Ω）差不多而比直流電壓表內(nèi)阻（5kΩ）小得多，所以用電流表外接法，為了多次測量以便列表做圖象，所以滑動變阻器接成分壓器。
（2）因為圖象是直線，用斜截式求熱敏電阻R與攝氏溫度t的關系，設為 ，則根據(jù) 時， （此處易誤讀為 ，要小心），得 ，再根據(jù) 時， ，得 ，所以得R與t的關系為
R=1.875×10 -2 t + 4.25 。
從圖甲，有 ，（ 含電池的內(nèi)阻），從圖乙讀出，當 時， ，代入得 ，可求出 ，又有 ，解得 ，查圖乙得 。
答案
（1）①如圖所示
②連線圖略
③ ①、往保溫杯中加入熱水，稍等讀出溫度值。
②、調節(jié)R，快速測出多組I，U值。
③、重復①，②測出不同溫度下的數(shù)據(jù)。 圖6-2-14
④、繪出各溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線。
(2)R = ?1.875×10 -2 t + 4.25 120
點評
本題兩問中的熱敏電阻是不同的，兩問考查的知識點也不同，第（1）問考查伏安法測電阻的常規(guī)問題：電流表的內(nèi)接、外接問題及滑動變阻器接成分壓器還是限流器問題，電路圖及實物圖也是常規(guī)要求。第（2）問則考查了電路圖和圖象，考變化的情況，結合數(shù)學方法解決問題�？梢姡�物理實驗既不要忘記常規(guī)，也要求注意創(chuàng)新。
例2．(2003年高考江蘇物理卷第19題（13分）（計算題，壓軸題）)
題目：圖1所示為一根豎直懸掛的不可伸長的輕繩，下端拴一小物塊A，上端固定在C點且與一能測量繩的拉力的測力傳感器相連.已知有一質量為m0的子彈B沿水平方向以速度v0射入A內(nèi)（未穿透），接著兩者一起繞C點在豎直面內(nèi)做圓周運動，在各種阻力都可忽略的條件下測力傳感器測得繩的拉力F隨時間 的變化關系如圖2所示。已知子彈射入的時間極短，且圖2中t＝0為A、B開始以相同速度運動的時刻，根據(jù)力學規(guī)律和題中（包括圖）提供的信息，對反映懸掛系統(tǒng)本身性質的物理量（例如A的質量）及A、B一起運動過程中的守恒量，你能求得哪些定量的結果？
圖6-2-15
【解析】由圖2可直接看出，A、B一起做周期性運動，運動的周期T＝2t0 ①
令 表示A的質量， 表示繩長. 表示B陷入A內(nèi)時即 時A、B的速度（即圓周運動最低點的速度）， 表示運動到最高點時的速度，F(xiàn)1表示運動到最低點時繩的拉力，F(xiàn)2表示運動到最高點時繩的拉力，根據(jù)動量守恒定律，得
②
在最低點和最高點處運用牛頓定律可得 ③
④ 根據(jù)機械能守恒定律可得
⑤
由圖2可知 ⑥ ⑦ 由以上各式可解得，反映系統(tǒng)性質的物理量是
⑧ ⑨
A、B一起運動過程中的守恒量是機械能E，若以最低點為勢能的零點，則
⑩ 由②⑧⑩式解得 ⑾
點評：這是一道開放題，題目的設問不明確，要靠考生去尋找，答案當然也要靠考生去解決，本題由于其開放性，成為當年高考題的一個亮點。就傳感器而言，測力傳感器在本題只作為題目來源的工具，告訴我們測力傳感器可以測得繩的拉力F隨時間 的變化關系圖象，題目的解決對傳感器沒有實質性的要求。
例3． 2009高考題19.（2）（12分）某研究性學習小組為了制作一種傳感器，需要選用一電器元件。圖為該電器元件的伏安特性曲線，有同學對其提出質疑，先需進一步驗證該伏安特性曲線，實驗室備有下列器材：
器材（代號）規(guī)格
電流表（A1）
電流表（A2）
電壓表（V1）
電壓表（V2）
滑動變阻器（R1）
滑動變阻器（R2）
直流電源（E）
開關（S）
導線若干
量程0~50mA，內(nèi)阻約為50
量程0~200mA，內(nèi)阻約為10
量程0~3V，內(nèi)阻約為10k
量程0~15V，內(nèi)阻約為25k
阻值范圍0~15 ，允許最大電流1A
阻值范圍0~1k ，允許最大電流100mA
輸出電壓6V，內(nèi)阻不計
①為提高實驗結果的準確程度，電流表應選用 ；電壓表應選用 ；滑動變阻器應選用 。（以上均填器材代號）
②為達到上述目的，請在虛線框內(nèi)畫出正確的實驗電路原理圖，并標明所用器材的代號。
③若發(fā)現(xiàn)實驗測得的伏安特性曲線與圖中曲線基本吻合，請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點？
相同點： ，
不同點： 。
答案． （2）①A2 V1 R1
②如圖
③相同點：通過該元件的電流與電壓的變化關系和通過小電珠的電流與電壓的變化關系都是非線性關系，該元件的電阻隨電壓的增大而減小，而笑電珠的電阻值隨電壓的升高而增大。
【解析】（1）①游標卡尺方便地測量內(nèi)徑、外徑和深度，而螺旋測微器只能測外徑。故選A
②多次測量取平均值的目的就是減小偶然誤差。
（2）①圖像中電流0～0.14A，電流表選A2；電源電壓6V，但圖像只要求電壓在0～3V之間調整，為了測量準確電壓表選V1；由于繪制圖像的需要，要求電壓從0～3V之間調整，所以滑動變阻器只能采用分壓式接法，為了能很好調節(jié)電壓，滑動變阻器應選用阻值較小的R1。
②該元件約幾十Ω， ，電壓表的分流作用可以忽略，所以采用電流表外接法；實驗數(shù)據(jù)的采集要求從零開始，所以滑動變阻器采用分壓式接法。
③從圖像的形狀和斜率變化趨勢上去找相同點和不同點，突出都是“非線性”，圖像上某點與原點連線的斜率是電阻的倒數(shù)。
例4．2009高考寧夏23.(11分)青島奧運會帆船賽場采用風力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能。用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關，實現(xiàn)自動控制。
光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化，作為簡化模型，可以近似認為，照射光較強（如白天）時電阻幾乎為0;照射光較弱 (如黑天)時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關閉，黑天打開。電磁開關的內(nèi)部結構如
圖所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接。當勵磁線圈中電流大于50mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離3、4斷開；電流流小于50 mA時，3、4接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA。
（1）利用以下器材設計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖。
光敏電阻R1，符號
燈泡L，額定功率40W，額定電壓36V，符合
保護電阻R2，符號
電磁開關，符號
蓄電池E，電壓36V，內(nèi)阻很�。婚_關S，導線若干。
（2）回答下列問題。
①如果勵磁線圈的電阻為200 ，勵磁線圈允許加的最大電壓為______V，保護電阻R2的阻值范圍為______ 。
②在有些應用電磁開關的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油ā�為此，電磁開關內(nèi)部結構應如何改造？請結合本題中電磁開關內(nèi)部結構圖說明。
答：______________________________________________________________________
③任意舉出一個其它的電磁鐵應用的例子。
答：__________________________________________________。
答案：（1）電路原理圖如圖所示
（2）①20 160-520
②把觸點從彈簧片右側移到彈簧片左側，保證當磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合，3、4之間斷開。
③電磁起重機
解析：（2）①
,其中 ,所以 在160-520 之間。
例5．2009高考全國1。22.（8分）
如圖所示的電路中，1、2、3、4、5、6為連接點的標號。在開關閉合后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮�，F(xiàn)用多用電表檢查電路故障，需要檢測的有：電源、開關、小燈泡、3根導線以及電路中的各點連接。
（1）為了檢測小燈泡以及3根導線，在連接點1、2已接好的情況下，應當選用多用電表的 擋。在連接點1、2同時斷開的情況下，應當選用多用電表的 擋。
（2）在開關閉合情況下，若測得5、6兩點間的電壓接近電源的電動勢，則表明___ 可能有故障
（3）將小燈泡拆離電路，寫出用多用表檢測該小燈泡是否有故障的具體步驟。
答案（1）電壓；歐姆
（2）開關或連接點5、6
（3）①調到歐姆檔
②將紅、黑表筆相接,檢查歐姆檔能否正常工作
③測量小燈泡的電阻,如電阻無窮大,表明小燈泡有故障.
【解析】(1)在1、2兩點接好的情況下,應當選用多用電表的電壓檔,在1、2同時斷開的情況下,應選用歐姆檔
(2)表明5、6兩點可能有故障.
(3) ①調到歐姆檔②將紅黑表筆相接,檢查歐姆檔能否正常工作③測量小燈泡的電阻,如電阻無窮大,表明小燈泡有故障.
例6． 2009高考全國2。22、（5分）
某同學利用多用電表測量二極管的反向電阻。完成下列測量步驟：
（1）檢查多用電表的機械零點。
（2）將紅、黑表筆分別插入正、負表筆插孔，將選擇開關拔至電阻測量擋適當?shù)牧砍烫帯?br>（3）將紅、黑表筆____①_______，進行歐姆調零。
（4）測反向電阻時，將____②______表筆接二極管正極，將____③_____表筆接二極管負極，讀出電表示數(shù)。
（5）為了得到準確的測量結果，應讓電表指針盡量指向表盤____④_______（填“左側”、“右側”或“中央”）；否則，在可能的條件下，應重新選擇量程，并重復步驟（3）、（4）。
（6）測量完成后，將選擇開關拔向_____________⑤________________位置。
答案（3）短接
（4）紅 黑
（5）中央
（6）OFF
【解析】本題考查多用電表的使用.首先要機械調零.在選擇量程后還要進行歐姆調零而且每一次換量程都要重復這樣的過程.(3)將紅黑表筆短接,即為歐姆調零.測量二極管的反向電阻時應將紅筆接二極管的正極,黑接負極.歐姆表盤的刻度線分布不均勻,在中央的刻度線比較均勻,所以盡量讓指針指向表盤的中央.測量完成后應將開關打到off檔.
例7．2009高考山東23. (2)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)。光控開頭可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為Lx）。某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表：
照度（lx）0.20.40.60.81.01.2
電阻(k )754028232018
①根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系（見答題卡）中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。
②如圖所示，當1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設計一個簡單電路。給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0(1x)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。
（不考慮控制開關對所設計電路的影響）
提供的器材如下：
光敏電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；
定值電阻：R1=10k ，R2=20k ，R3=40k （限選其中之一并在圖中標出）
開關S及導線若干。
答案：（2）①光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如圖所示。
特點：光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減小
②電路原理圖如圖所示。
解析：當，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設計一個簡單電路。給1、2兩端提供電壓，要求
當天色漸暗照度降低至1.0(1x)時啟動照明系統(tǒng)，即此時光敏電阻阻值為20k ，兩端電壓為2V，電源電動勢為3V，所以應加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10k ，即選用R1。
【考點】驗證平行四邊形定則實驗、閉合電路歐姆定律
練習題1：
1．熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件�，F(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4~5Ω。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其它備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水杯（圖中未畫出）．電源（3V．內(nèi)阻可忽略）．直流電流表（內(nèi)阻約1Ω）．直流電壓表（內(nèi)阻約5kΩ）．滑動變阻器（0~20Ω）．開關．導線若干。
⑴在圖6-2-16（a）的方框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小。
⑵根據(jù)電路圖，在圖（b）的實物圖上連線。
⑶簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟______________________。
圖6-2-16
2．圖6-2-17為某一熱敏電阻（電阻值隨溫度
的改變而改變，且對溫度很敏感）的I?U關系曲線圖。
（1）為了通過測量得到圖1所示I?U關系的完整
曲線，在圖2圖3兩個電路中應選擇的是圖 ；
簡要說明理由：
（電源電動勢為9V，內(nèi)阻不計，滑線變阻器的阻值為0－100Ω）。
圖6-2-17
（2）在圖4電路中，電源電壓恒為9V，電流表讀數(shù)為70mA，定值電阻R1＝250Ω。由熱敏電阻的I?U關系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為 V；電阻R2的阻值為 Ω。
（3）舉出一個可以應用熱敏電阻的例子：
。
3． 有同學在做“研究溫度不變時氣體的壓強跟體積的
關系”實驗時，用連接計算機的壓強傳感器直接測得注射器內(nèi)氣體的壓強值。緩慢推動活塞，使注射器內(nèi)空氣柱從初始體積20.0ml變?yōu)?2.0ml。實驗共測了5次，每次體積值直接從注射器的刻度上讀出并輸入計算機，同時由壓強傳感器測得對應體積的壓強值。實驗完成后，計算機屏幕上立刻顯示出如下表中所示的實驗結果。 圖6-2-18
序號V
（ml）P
（×105Pa）PV
（×105Pa?ml）
120.01.001020.020
218.01.095219.714
316.01.231319.701
414.01.403019.642
512.01.635119.621
（1）仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)，pV（×105Pa?ml）一欄中的數(shù)值越來越小，造成這一現(xiàn)象的可能原因是
A．實驗時注射器活塞與筒壁間的摩擦力不斷增大。
B．實驗時環(huán)境溫度增大了。
C．實驗時外界大氣壓強發(fā)生了變化。
D．實驗時注射器內(nèi)的空氣向外發(fā)生了泄漏。
（2）根據(jù)你在（1）中的選擇，說明為了減小誤差，應采取的措施是：
4.某學生為了測量一物體的質量，找到一個力電轉換器，該轉換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示．測量時先調節(jié)輸入端的電壓。使轉換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質量成正比的輸出電壓U�，F(xiàn)有下列器材：力電轉換器、質量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、電鍵及導線若干、待測物體（可置于力電轉換器的受壓面上）。
圖6-2-19
請完成對該物體質量的測量。
（l）設計一個電路，要求力電轉換器的輸入電壓可調，并且使電壓的調節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫出完整的測量電路圖。
（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質量m．
（3）請設想實驗中可能會出現(xiàn)的一個問題。
【參考答案及解析】
1．（1）如答圖1
圖6-2-20
圖6-2-21
(2)如答圖2所示。
(3)�、偻�保溫杯中加入一些熱水，待溫度穩(wěn)定時讀出溫度計值；
調節(jié)滑動變阻器，快速測出電流表和電壓表的值；
③重復①～②，測量不同溫度下的數(shù)據(jù)；
④繪出各測量溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線。
2．（1）2；圖2電路電壓可從0V調到所需電壓，調節(jié)范圍較大。（或圖3電路不能測得0V附近的數(shù)據(jù)）
（2）5.2；111.8（111.6－112.0均給分） （3）熱敏溫度計（提出其他實例，只要合理均給分）
3.（1）D （2）在注射器活塞上涂上潤滑油增加密封性
4.（1）設計的電路圖如圖所示。
圖6-2-22
（2）測量步驟與結果：
①調節(jié)滑動變阻器，使轉換器的輸出電壓為零；
②將砝碼放在轉換器上，記下輸出電壓U0；
③將待測物放在轉換器上，記下輸出電壓U1；
由 U0＝km0g，得k＝U0/m0g
測得 U＝kmg，所以m＝m0U/U0。
（3）①因電源電壓不夠而輸出電壓調不到零；
②待測物體質量超出轉換器量程。
練習題2
1．2007年高考江蘇物理卷第13題（１３分）（實驗題）
題目：如題１３（a）圖，質量為Ｍ的滑塊Ａ放在氣墊導軌Ｂ上，Ｃ為位移傳感器，它能將滑塊Ａ到傳感器Ｃ的距離數(shù)據(jù)實時傳送到計算機上，經(jīng)計算機處理后在屏幕上顯示滑塊Ａ的位移－時間（s-t）圖象和速率－時間（v-t）圖象。整個裝置置于高度可調節(jié)的斜面上，斜面的長度為l、高度為h。（取重力加速度g=9.8m/s2，結果可保留一位有效數(shù)字）
（１）現(xiàn)給滑塊Ａ一沿氣墊導軌向上的初速度，Ａ的v-t圖線如題１３(b)圖所示。從圖線可得滑塊Ａ下滑時的加速度a= m/s2 ,摩擦力對滑塊Ａ運動的影響 　。（填“明顯，不可忽略”或“不明顯，可忽略”）
（２）此裝置還可用來驗證牛頓第二定律。實驗時通過改變 　，可驗證質量一定時，加速度與力成正比的關系；實驗時通過改變 　，可驗證力一定時，加速度與質量成反比的關系。 圖6-2-23
（３）將氣墊導軌換成滑板，滑塊Ａ換成滑塊Ａ’，給滑塊Ａ’一沿滑板向上的初速度，Ａ’的s-t圖線如題１３（c）圖。圖線不對稱是由于　　　　　　　　造成的，通過圖線可求得滑板的傾角θ＝　　　　　　�。ㄓ梅慈�角函數(shù)表示），滑塊與滑板間的動摩擦因數(shù)μ＝　　　　　　　　
圖6-2-24
2．圖A是在高速公路上用超聲波測速儀測量車速的示意圖，測速儀發(fā)出并接收超聲波沖信號，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間差，測出被測物體的速度。圖B中p1、、p2是測速儀發(fā)出的超聲波信號，n1、n2是p1、p2由汽車反射回來的信號。設測速儀勻速掃描，p1、p2之間的時間間隔Δt＝1.0 s，超聲波在空氣中傳播的速度是 v＝340m/s，若汽車是勻速行駛的，則根據(jù)圖B可知，汽車在接收到p1、p2兩個信號之間的時間內(nèi)前進的距離是______，汽車的速度是______m/s。
圖A
圖B
圖6-2-25
3．2005年高考上海物理卷第23題(14分)（計算題，壓軸題）
題目：一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉動，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2mm的均勻狹縫．將激光器與傳感器上下對準，使二者間連線與轉軸平行，分別置于圓盤的上下兩側，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動，激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束．在圓盤轉動過程中，當狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時，傳感器接收到一個激光信號，并將其輸入計算機，經(jīng)處理后畫出相應圖線．圖(a)為該裝置示意圖，圖(b)為所接收的光信號隨時間變化的圖線，橫坐標表示時間，縱坐標表示接收到的激光信號強度，圖中Δt1=1．0×10-3s，Δt2=0.8×10-3s．
(1)利用圖(b)中的數(shù)據(jù)求1s時圓盤轉動的角速度；
(2)說明激光器和傳感器沿半徑移動的方向；
(3)求圖(b)中第三個激光信號的寬度Δt3．
圖6-2-26
1.答案：（1）6 不明顯，可忽略
（2）斜面高度ｈ　滑塊Ａ的質量Ｍ及斜面高度ｈ，且使Ｍｈ不變
　　�。ǎ常┗瑒幽Σ亮Α� �。� ～ 都算對
　　　�。埃�３（０．２～０．４都算對）
解析：（1）下滑時，加速度為 ；上滑時，加速度為 摩擦力對滑塊A運動的影響不明顯，可忽略。
（2）改變斜面高度h, 即改變斜面的傾角，則改變產(chǎn)生加速度的力（ ），可驗證質量一定時，加速度與力成正比的關系；改變滑塊A的質量M及斜面的高度h，且使Mh不變，因為 ，使Mh不變，則F不變，可驗證力一定時，加速度與質量成反比的關系。
（３）圖線不對稱是由于滑動摩擦力造成的，因為在滑塊上滑時，加速度的大小為 ，在滑塊下滑時，加速度的大小為 ，在滑動摩擦力不可忽略的情況下，二者不等， 圖象不對稱。從題13（b）圖中得 ，又 ，所以 = 。從題13（c）圖中上滑階段讀出， ， ，根據(jù) 得 ，代入 = ，已知 ，則 ，解得 。
2.（1）分析（情景分析法）：
作運動情景分析示意圖，圖中，P1N1中間時刻是汽車接收P1時刻發(fā)出的超聲波信號的時刻，此位置A是汽車的初位置； P2N2中間時刻是汽車接收P2時刻發(fā)出的超聲波信號的時刻，此位置B是汽車的末位置，要求的汽車前進的距離就是A、B之間的距離。
（2）求解
第1步，先讀出B圖中各時刻對應的讀數(shù)：
點P1N1P1N1中點P2N2P2N2中點
讀數(shù)(格)0．51．71．13．54．43．95
對應的時刻（s）0．170．570．371．171．471．32
第2步，算出對應的時刻，算法如下：先算每1大格對應的時間
，
再算各點對應的時間， ，填入上表的第3行。
第3步，算出A與O的距離： ，
第4步，算出B與O的距離： ，
第5步，算出A與B的距離： ，
這就是汽車在接收P1、P2兩個時刻發(fā)出的超聲波信號中間前進的距離。
第6步，算出汽車從A到B用的時間： ，


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