Question

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力传感器在电子秤中的应用电子秤所使用的测力装置是力传感器．常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示．弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片．若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩．力越大，弹簧钢的弯曲程度越大．应变片结构如图乙所示，其中金属电阻丝的阻值对长度变化很敏感．给上、下金属电阻丝提供相等且大小不变的电流，上应变片两引线间电压为U₁，下应变片两引线间电压为U₂，传感器把这两个电压的差值U（U=U₁-U₂）输出，用来反映力F的大小．金属电阻丝的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图丙所示．为消除气温变化对测量精度的影响，需分别在上、下应变片金属电阻丝与引线之间串联一只合适的电阻，进行温度补偿．串联合适的电阻后，测量结果不再受温度影响．

（1）这种力传感器是将力的大小转换为________（电流/电压）的装置．
（2）外力F增大时，下列说法正确的是________．
A．上、下应变片金属电阻丝电阻都增大
B．上、下应变片金属电阻丝电阻都减小
C．上应变片金属电阻丝电阻减小，下应变片金属电阻丝电阻增大
D．上应变片金属电阻丝电阻增大，下应变片金属电阻丝电阻减小
（3）传感器输出的电压U随外力F增大而________．
（4）进行温度补偿时，应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而________的电阻，下金属电阻丝串联阻值随温度升高而________的电阻．
（5）如果未进行温度补偿，自由端受到相同的力F作用，该传感器下应变片两端的电压U₂冬天比夏天________（大/小）．

Answer 1

解：（1）传感器把两个电压的差值输出，用来反映力F的大小，所以这种力传感器是将力的大小转换为电压的装置．
（2）外力F增大时，上应变片金属电阻丝长度变大，电阻变大，下应变片金属电阻丝长度变短，电阻变小．
故选D．
（3）压力越大电子秤示数越大，也就是输出的电压越大，所以说传感器输出的电压U随外力F增大而增大．
（4）未进行温度补偿时，金属电阻丝的阻值随温度的增大而增大，所以串联的电阻应该是随着温度的升高而减小的电阻．
（5）冬天比夏天电阻增加的小，所以该传感器下应变片两端的电压U₂冬天比夏天小．
故答案为：（1）电压；（3）增大；（4）减小；减小；（5）小．
分析：（1）从题目所给信息中可知，传感器传输的是电压的差值，用电压的差值来反映力F的大小．
（2）外力F增大时，上应变片被拉伸，下应变片被压缩，应变片长度发生变化，可知电阻的变化．
（3）传感器输出的电压表示力F的大小，压力越大电子秤示数越大，也就是输出的电压越大．
（4）由图丙可知，金属电阻丝的阻值随温度的增大而增大，所以串联的电阻应该是随着温度的升高而减低的电阻．
（5）冬天温度低，电阻受温度的影响比夏天小，所以电阻增加的小．
点评：本题考查欧姆定律的应用和影响电阻大小的因素，关键知道影响电阻大小的因素是导体的材料、长度、横截面积和温度，难点是根据题目所给信息结合我们所学知识解题．