中考物理试题分类汇编电学压轴题之传感器变阻器等问题

中考物理试题分类汇编电学压轴题之传感器变阻器等问题

‎2013年中考物理试题电学压轴题之传感器、变阻器等问题 ‎1、（2013孝感）如下图甲所示为某型号汽车的自动测定油箱内油量的电路原理图，其中电源两端的电压恒为24V，R0=10Ω，A为油量指示表（一只量程为0——0.6A的电流表），RX为压敏电阻，它的上表面面积为10cm2，其他阻值与所受压力的变化如下图乙所示，当油箱加满油时，油量指示表的示数如下图丙所示。‎ ‎（1）当RX所受压力为零时，RX的阻值为多少？‎ ‎（2）当油箱内汽油用完时，油量指示表的指针指向某一位置，求此位置所对应的电流值是多少？（计算结果保留两位小数）‎ ‎（3）油箱装满油时，油对RX的压力与压强各为多少？‎ （1） 当F=0时，由图乙可知RX =300Ω ‎ （2） 当油箱内汽油用完时，F=0，RX =300Ω ‎ 由欧姆定律得I=U/(RX +R0 )=24V/(300Ω+10Ω)=0.08A (3) 当油箱加满油时，由题意及图丙可知，此时I=0.6A 结合I=U/(RX +R0 ) 得， RX =U/I－R0 =24V/0.6A－10Ω=30Ω 当 RX =30Ω时，由图乙可知此时F=2.8N 油对RX的压强p=F/S=2.8N/(10×10-4m2)=2.8×103Pa ‎2、（2013河南）小强利用压力传感器、电磁继电器、阻值可调的电阻R等元件，设计了一个汽车超载自动报警电路，如图16所示。他了解到这种压力传感器所受压力越大时，输出的电压U就越大，二者的关系如图17所示。闭合开关S，当继电器线圈中电流大于或等于20mA时，衔铁被吸合。已知传感器的输出电压U即为继电器控制电路的电源电压，线圈的电阻为20Ω。‎ ‎ (1)车辆不超载时，工作电路中绿灯亮；当传感器所受压力增大到一定程度时，红灯亮，说明汽车超载。请你判断灯________ (选填“L1”或“L2”)是红灯。‎ ‎(2)某水平公路桥禁止质量大于或等于20t的车辆通行，要用小强设计的装置为此桥报警，R的阻值应调节为多少?（g取10N/kg）‎ ‎(3)在水平路面上，要使该装置报警，通过车辆的最小重力为多少？‎ ‎(4)请你运用所学物理知识，说明超载的一项危害。‎ ‎（1)当传感器所受压力增大到一定程度时，由题意可知输出电压增大到一定程度，继电器线圈中电流等于或大于20mA，衔铁被吸合，灯L2亮，即L2是红灯。‎ ‎(2）质量为20t的车辆对桥的压力F=G=mg=20×103kg×10N/kg=2×105N 当F=2×105N时，由图17可知输出电压U=1V。‎ 此装置要为该桥报警，当F=2×105N时，继电器线圈中电流I=20mA=2×10-2A 由欧姆定律得，R总=U/I=1V/（2×10-2A）=50Ω R=R总－R线=50Ω－20Ω=30Ω （3） 由U=I(R+R线）可知，当R调为0时，输出电压最小，车的重最小时仍可报警。最小输出电压U=IR线=2×10-2A×20Ω=0.4V.‎ 由图17可知，此时对应的压力F=0.8×105N=8×104N.‎ ‎(4)压强大，损坏路面（或质量大，惯性大，不易刹车）‎ 甲 图22 乙 ‎3、（2013南宁）图22甲所示是某工厂的水平传送带上产品运输及计数器的示意图。S为激光光源，能连续发射粗细忽略不计的激光束；R为光敏电阻，当有光照射时，其阻值较小，无激光照射时，其阻值较大。每当水平传送带上的产品和传送带一起匀速通过S与R之间时，射向光敏电阻的激光被产品挡住，通过电压表测出光敏电阻R两端电压随时间变化的规律如图22乙所示。已知计数器的电源电压为3V，保护电阻R0=200Ω。若水平传送带上的产品均是边长a=0.1m、质量m=2.5kg的实心正方体，求：‎ ‎（1）产品的密度；‎ ‎（2）产品对传送带的压强；‎ ‎（3）传送带传输产品的速度；‎ ‎（4）计数器工作1min，光敏电阻R在有激光照射时消耗的电能。‎ ‎(1)正方体产品的体积V=a3=(0.1m)3=1×10-3m3‎ 产品的密度ρ=m/V=2.5kg/(1×10-3m3)=2.5×103kg/m3 ‎ (2) 产品对传送带的压力F=G=mg=2.5kg×10N/kg=25N S=(0.1m)2=0.01m2 ‎ 产品对传送带的压强p=F/S=25N/(0.01m2)=2.5×103Pa (3) 当产品通过S与R之间时，光敏电阻R无光照射，由题意可知其阻值较大，根据串联分压的规律此时电压表示数较大，结合图乙可知无光照射时间为0.2s。传送带传输产品的速度v=a/t=0.1m/0.2s=0.5m/s.‎ ‎(4）从乙图可知，有激光照射时R两端电压U1=1V，‎ 电路中的电流I=(U-U1)/R0=(3-1)V/200Ω=0.01A ‎1min内有光照射R的时间t=60×0.4/0.6 s=40s 其消耗电能W=U1It=1V×0.01A×40s=0.4J ‎4、（2013娄底）电梯为居民出入带来很大的便利，小明家住东方豪苑某栋6楼，放学后，乘电梯回家：‎ ‎（1）若小明的体重为500N，脚与电梯地面的总接触面积为0.05m2,则小明对电梯地面的压强为多少? ‎ ‎（2）若电梯在20s内将小明匀速提升15m，在此过程中，电梯上升的速度是多少？电梯对小明做了多少功？电梯对小明做功的功率为多少？ ‎ 小明又查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置超载自动报警系统，其工作原理如图甲所示，电路由工作电路和控制电路组成：在工作电路中，当电梯没有超载时，触点K与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作；当电梯超载时，触点K与触点B接触，电铃发出报警铃声，闭合开关S，电动机不工作。在控制电路中，已知电源电压U＝6V，保护电阻R1＝100Ω，电阻式压力传感器（压敏电阻）R2的阻值随压力F大小变化如图乙所示，电梯底架自重和电磁铁线圈的阻值都忽略不计。‎ 甲 压敏电阻R2‎ 电梯底架 控制 电路 工作 电路 电铃 电源 衔铁 弹簧 乙 R2/Ω F/ N ‎0‎ ‎（3）在控制电路中，当压敏电阻R2受到的压力F增大时，其阻值减小，从而使电磁铁的磁性 (填“增强”、“减弱”或“不变”)。 ‎ ‎（4）若电磁铁线圈电流达到20mA时，衔铁刚好被吸住，电铃发出警报声。当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载？（g取10N/kg）‎ ‎（1）p=F/S=G/S=500N/0.05m2 = 1×104Pa ‎(2)v=s/t=15m/20s=0.75m/s W=Gh=500N×15m=7.5×103J P=W/t=7.5×103J/20s=375W ‎（3）控制电路的用电器由R1和R2串联组成，当压敏电阻R2受到的压力F增大时，其阻值减小，电路中的电流增大，电磁铁磁性增强。‎ ‎（4）总质量为1000kg的乘客的总重G=mg=1000kg×10N/kg=10000N.‎ 当压力F=10000N时，由图乙可知R2=100Ω 这时控制电路中的电流I=U/(R1+R2)=6V/(100Ω+100Ω)=0.03A=30mA ‎30mA>20mA，由题意可知，衔铁被吸住，电铃发出警报声，说明电梯超载。‎ ‎5、（2013烟台）图19甲是某型号电子秤，其原理结构如图19乙所示．R0为定值电阻，R是压敏电阻，其阻使随所受压力F变化的关系如图19丙所示，改写电压表（量程为3V）的表盘数值后可直接读出所称物体的质量．设踏板的质量为5Kg，电源电压保持9V不变．g取1ON/Kg．‎ ‎（1)空载时．电压表的示数为1V．求R0的阻值．‎ ‎（2)该电子秤的量程多大？‎ ‎（3)如果保持电子秤结构和电压表量程不变，只在电路中增加一个电阻．使电子秤的量程变为11Okg．计算说明应使用多大的电阻?如何连接？‎ ‎ ‎ ‎(1)空载时，踏板的重力G0=m0g=5kg×10N/kg=50N.‎ 根据图像可知，当压敏电阻所受压力为50N时，其对应的电阻为R1等于240Ω.‎ 由欧姆定律可得通过压敏电阻的电流I1=（U-U1)/R1=(9V-1V)/240Ω=1/30A 压敏电阻和R0串联，由欧姆定律可得R0的阻值：R0=U1/I1=1V/(1/30A)=30Ω.‎ ‎(2)电子秤量程最大时对应着电压表量程的最大值，此时R0分得电压为3V，‎ 此时电路中的电流I2=U2/R0=3V/30Ω=0.1A 因为压敏电阻和R0串联，由欧姆定律可得压敏电阻的阻值R2为：‎ R2=（U－U2)/I2=(9V－3V)/0.1A=60Ω 由图像可得60Ω的压敏电阻对应的压力为950N，且踏板的重力为50N,‎ 所以此时能称量的最大质量为m=G/g=(950N－50N)/10N/kg=90kg (3) 当电子秤的量程变为11Okg时，由重力公式可得：‎ G/ =m/g=110kg×10N/kg=1100N 因为踏板的重力为50N，所以压敏电阻受到的总压力为1150N.‎ 由图像可得，当压敏电阻所受压力为1150N时，其对应的电阻为R3等于20Ω.‎ 根据欧姆定律可得此时电路的总电阻R总=U/I2=9V/0.1A=90Ω 串联的电阻R加=R总－R3－R0=90Ω－20Ω－30Ω=40Ω 要使电子秤的量程变为11Okg，应串联一个阻值为40Ω的电阻。‎ ‎6、（2013成都）某兴趣小组设计了如图34所示电路，AB为裸导线，CD、EF是材料、粗细完全相同的均匀裸电阻丝，其电阻与长度成正比。AB、CD平行放置，并用导线与电流表、开关S1 和电源相连，电源电压U=10V，EF垂直放置在AB、CD的中点间，且接触良好，CD=2EF，A、C两点有开关S2。现只闭合S1，电流表示数I1=1A；若把EF从两中点间向左边移动一段距离后，电流表的示数为I2=I1 ；若把EF从两中点间向右边移动一段距离后，电流表的示数为I3=2I1。求：‎ ‎（1）在上述EF向左、向右移动过程中，电路总电阻的变化量大小ΔR左、ΔR右各为多少？‎ ‎（2）电流表示数为I2时，EF消耗的功率与电路消耗的总功率之比为多少？‎ ‎（3）把EF移动到B、D两点间，再闭合两开关，电路消耗的总功率为多少？‎ ‎（1）电路为串联电路 R总1===10Ω ‎ ‎ R总2===12.5Ω ‎ ‎ R总3===5Ω ΔR左= R总2- R总1 = 12.5Ω-10Ω=2.5Ω ‎ ΔR右= R总1- R总3 = 10Ω-5Ω=5Ω ‎ ‎ （2）由题意REF==10Ω/2=5Ω RCD=2REF =10Ω 由P=I2R得 PEF:P总=（I22×REF）：（I22×R总2）= REF ：R总2 =2 ：5‎ ‎ （3）此时REF与RCD并联 P总3 ==(10V)2/5Ω+(10V)2/10Ω=30W ‎ ‎7、（2013乐山）寒寒在学习了滑动变阻器的原理后，用铅笔芯代替电阻线制作了一盏实验台灯。如图所示是台灯的原理图，AB表示铅笔芯，P是滑片，寒寒选择的小灯泡L上标有“6V 3W”的字样。闭合开关S后，把滑片P移到A端时，小灯泡正常发光；把滑片P移到B端时，电流表的示数为0.2 A．（小灯泡的阻值不随温度变化）求：‎ ‎（1）小灯泡的电阻 ‎（2）铅笔芯的最大阻值 ‎（3）当滑片P滑到B端时，小灯泡的实际功率 解：（1）由得 　　　　　‎ ‎ ‎ (2) 当滑片在A端时，,小灯泡正常发光 ‎ 电源电压 ‎ 当滑片在B端时：‎ ‎ ‎ ‎ ‎ (3) 当滑片P滑到B端时，小灯泡的实际功率：‎ ‎ ‎ ‎8、（2013株洲）如图甲所示，是研究小组的同学们自制的简易电子秤原理图，它利用电压表的示数来测物体的质量，托盘、弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，托盘和弹簧的质量不计，弹簧置于绝缘底座上。不计摩擦，弹簧始终在弹性限度内，电源电压恒定。‎ 当盘中没有放物体时，滑片P在滑动变阻器的最上端，电压表的示数为0。当称量物体的质量时，滑片P在物体对电子秤的压力作用下向下端滑动，此过程中：‎ 乙 甲 ‎（1）变阻器连入电路的电阻 ，电流表的示数 ，电压表的示数 （填“变大”“变小”或“不变”）；‎ ‎（2）经研究分析得出被测物体的质量与电压表的示数满足如乙图所示的关系，这样把电压对应的质量刻在电压表的刻度盘上，就可以直接读出被测物体的质量。若电压表的示数为1V，则被测物体的质量是 kg。‎ ‎（1）“去表”简化电路，可以判断出滑动变阻器的全部阻值接入电路，滑片的移动并不能改变连入的阻值，故电路中电流也不会改变；电压表测的是滑动变阻器上面一段电阻的电压，滑片向下滑动，上面一段电阻的阻值增大，其分得电压将增大，电压表的示数增大。‎ ‎（2）由图乙可判断出物体质量m与电压U成正比，此时电压是标出电压的1/3，故物体的质量是标出质量的1/3，即m=1.5kg×1/3=0.5kg。‎ 答案：（1）不变    (2) 不变 (3）变大 （4) 0.5 ‎ ‎9、（2013遂宁）在如图所示电路中，电源电压保持不变，灯L标有“4v 1.6w”字样。闭合开关S，当滑片P置于滑动变阻器的C点时，Rab=4Rac，灯L正常发光，20秒内电流对滑动变阻器做功为16焦。(灯L的电阻保持不变)求：‎ ‎ (1) 灯L的阻值为多少Ω？‎ ‎ (2) 滑动变阻器R的最大阻值为多少Ω？‎ ‎ (3) 电源电压是多少V?‎ ‎ (4) 滑片P在b端时电压表的示数为U1；将滑片置于变阻器的某一位置D时，电压表示数为U2，且U1：U2=8：5，则P置于D时灯L实际消耗的电功率是多少W?‎ （1） 灯L的阻值为RL=U额2/P额=（4V)2/1.6W=10Ω （2） 滑动变阻器与灯L串联，当滑片P置于C点时，灯L正常发光。‎ 此时电路中的电流I0=I额=P额/U额=1.6W/4V=0.4A 已知20秒内电流对滑动变阻器做功为16焦，由WR=I12Ract可算出Rac：‎ Rac=WR/(I02t)=16J/(0.42A2×20s)=5Ω 由题意可知滑动变阻器R的最大阻值Rab=4Rac=4×5Ω=20Ω （3） 由欧姆定律可计算出电源电压U：U=I0(Rac+RL)=0.4A×(5Ω+10Ω)=6V （4） 滑片P在b端时，滑动变阻器接入电路的阻值最大。‎ 由欧姆定律可计算出此时电路中的电流I1：‎ I1=U/(Rab+RL)=6V/(20Ω+10Ω)=0.2A 电压表测的是滑动变阻器的电压，由欧姆定律可计算出此时滑动变阻器的电压U1=I1Rab=0.2A×20Ω=4V ‎ 当滑片P在另一位置D时，电压表示数为U2，由U1：U2=8：5可计算出U2：‎ ‎4V:U2=8：5 ,解得U2=2.5V.‎ 此时灯两端实际电压U实=U－U2=6V－2.5V=3.5V S L ‎ R P 图21‎ 灯L实际消耗的电功率P实=U实2/RL=（3.5V）2/10Ω=1.225W ‎10、（2013连云港）如图所示，小灯泡的规格为“6V 6W"，滑动变阻器的最大阻值为R，大小未知。电源电压和灯丝电阻均保持不变。‎ ‎(1)求小灯泡的电阻。‎ ‎(2)闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使滑动变阻器接人电路的阻值为时，灯泡的功率为P1，当滑动变阻器接人电路的阻值为R时灯泡的功率为P2。已知，求滑动变阻器的最大阻值R 。‎ ‎3)假如滑动变阻器接人电路的阻值为时，小灯泡正常发光。求电源电压。‎ 小灯泡的电阻RL=U额2/P额=（6V)2/6W=6Ω 当滑动变阻器接人电路的阻值为R/4时，设电路中的电流为I1‎ 当滑动变阻器接人电路的阻值为R时，设电路中的电流为I2‎ 由P1：P2=9:1 ，P1=I12RL ， P2=I22RL ，解得I1：I2=3:1‎ 由于电源电压不变，故有I1（RL+R/4）=I2（RL+R）‎ 将RL=6Ω，I1：I2=3:1带入上式解得R=48Ω 当滑动变阻器接人电路的阻值为R/8时，‎ 电路的总电阻R总=RL+R/8=6Ω+48Ω/8=12Ω 因为灯泡此时正常发光，所以此时电路中的电流为灯泡的额定电流 I=I额=P额/U额=6W/6V=1A 电源电压U总=IR总=1A×12Ω=12V