Question

【題目】閱讀短文，回答問題：

力傳感器

常見的一種力傳感器由彈簧鋼和應變片組成，其結構示意圖如圖甲所示。彈簧鋼右端固定，在其上、下表面各貼一個相同的應變片。若在彈簧鋼的自由端施加向下的作用力F，則彈簧鋼發生彎曲，上應變片被拉伸，下應變片被壓縮。

應變片采用半導體材料制成，其阻值與長度成正比。給上、下應變片提供相等且恒定不變的電流，上應變片兩端電壓為U1，下應變片兩端電壓為U2，傳感器把這兩個電壓的差值U（U＝U1﹣U2）輸出，用來反映力F的大小。半導體應變片的阻值隨溫度會發生變化，其變化情況如圖乙所示。為消除溫度變化對測量精度的影響，需分別給上、下應變片串聯一只合適的電阻，進行溫度補償。串聯合適的電阻后，測量結果不再受溫度影響。

（1）當彈簧鋼沒有受到壓力時，U＝_____。

（2）當彈簧鋼受力向下彎曲時，U1_____，U2_____．（選填“變大”、“變小”或“不變”）。

（3）如果未進行溫度補償，自由端受到相同的力F作用，該傳感器下應變片兩端的電壓U2冬天比夏天_____（選填“大”或“小”）。

（4）進行溫度補償時，應給下應變片串聯的電阻，最合適的是圖丙中的_____。

Answer 1

【答案】0 變大 變小 小 A

【解析】

（1）根據串聯電路電流的特點結合U=IR分析，以U1=U2，U=0的原因；

（2）外力F增大時，上面金屬電阻絲被拉伸，下面金屬電阻絲被壓縮，電阻絲長度發生變化，可知電阻的變化；在電流相同時，根據U=IR分析，電壓隨電阻的變化．傳感器輸出的電壓表示力F的大小，壓力越大電子秤示數越大，也就是輸出的電壓越大，壓力為零時，電壓為零．

（3）冬天溫度低，電阻受溫度的影響比夏天小，所以電阻增加的小；

（4）半導體物理效應都和溫度有關，為了消除溫度影響，在要求高的場合都需要進行溫度補償．所以串聯的電阻應該是隨著溫度的升高而增大的電阻．

(1)由題意可知,金屬梁的上、下表面的應變片完全相同,即兩應變片的電阻相同,且兩應變片串聯在電路中,所以通過兩應變片的電流相等,根據U=IR可知,上應變片引線間兩端電壓為U1和下應變片引線間兩端電壓為U2相等;即U1=U2,U=U1U2=0；

(2)當金屬梁受力向下彎曲時，上面金屬電阻絲長度變大，電阻變大，下面金屬電阻絲長度變短，電阻變小；

由歐姆定律可知,電壓U=IR,電流一定時,電阻越大,導體,U1變大,U2變小。壓力越小電子秤示數越小，也就是輸出的電壓越小，所以說傳感器輸出的電壓U隨外力F減小而減小。

(3)冬天比夏天電阻增加的小,所以該傳感器下應變片兩端的電壓U2冬天比夏天小。

(4)原半導體電阻隨溫度升高而增大，所以應補償電阻隨溫度升高而減小，A選項電阻隨溫度的升高而減小，故A正確；