Question

11．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）若向下力F越小，彈簧鋼的彎曲程度越小（大/小），傳感器輸出的電壓U越小（大/小）．
（2）若向下的外力F₁時，上、下應變片的電阻分別是R₁、R₂；外力F₂時，上、下應變片的電阻分別是R₁′
、R₂′
'．若F₁＜F₂，則R₁、R₂、R₁′、R₂′從大到小的排列是B
A．R₁＞R₂＞R₁′＞R₂′
B．R₁′＞R₁＞R₂＞R₂′
C．R₁＞R₂＞R₂′＞R₁′
D．R₁＞R₁′＞R₂′＞R₂
（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冬天比夏天小（大/小）．
（4）進行溫度補償時，應給下應變片串聯的電阻，最合適的是如圖丙中的A．
（5）當F=0時，由于彈簧鋼具有重力，會導致傳感器輸出的電壓不等于0，產生“零誤差”，需進行矯正．你矯正“零誤差”的方法是：給下應變片串聯一個阻值適當的電阻，對儀器進行檢測．

Answer 1

分析 （1）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．
（2）外力F₁時，上、下應變片的電阻分別是R₁、R₂；此時R₁＞R₂，外力F₂時，上、下應變片的電阻分別是R₁′、R₂′，此時R₂′＜R₁′；
（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；
（5）測量時，受所用儀器和測量方法的限制，測量值和真實值之間總會有差別，這就是誤差．我們不能消滅誤差，但應盡量的減小誤差．

解答 解：（1）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．
（2）外力F₁時，上、下應變片的電阻分別是R₁、R₂；此時R₁＞R₂，外力F₂時，上、下應變片的電阻分別是R₁′、R₂′，此時R₂′＜R₁′，若F₁＞F₂，則R₁、R₂、R₁′、R₂′從大到小的排列R₁′＞R₁＞R₂＞R₂′；故B正確；
（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；
（5）當F=0時，由于彈簧鋼具有彈性勢能，會導致傳感器輸出的電壓不等于0．矯正“零誤差”的方法是給下應變片串聯一個阻值適當的電阻，對儀器進行檢測．
故答案為：（1）小；小；（2）B；（3）小；（4）A；（5）給下應變片串聯一個阻值適當的電阻，對儀器進行檢測．

點評 本題考查歐姆定律的應用和影響電阻大小的因素，關鍵知道影響電阻大小的因素是導體的材料、長度、橫截面積和溫度，難點是根據題目所給信息結合我們所學知識解題