Question

3．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(fā)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�。�半導體應變片的阻值隨溫度會發(fā)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=0．
（2）當彈簧鋼受力向下彎曲時，U₁變大，U_2變小．（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�。ㄟx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A．

Answer 1

分析 （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(fā)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��；
（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．

解答 解：（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=U₁-U₂=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�。�
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�。畨毫υ叫‰娮映邮緮翟叫�，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�。�
（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；
故答案為：（1）0；（2）變大；變��；（3）小；（4）A．

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