《2025年零障碍导教导学案九年级物理全一册沪粤版》

23. 阅读短文,回答问题。
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$ U_1 $,下应变片两引线间电压为$ U_2 $,传感器把这两个电压的差值U($ U= U_1-U_2 $)输出,用来反映力F的大小。
金属电阻丝的阻值随温度会发生变化,其变化情况如图丙所示。为消除气温变化对测量精度的影响,需分别在上下应变片金属电阻丝与引线之间串联一只合适的电阻,进行温度补偿。串联合适的电阻后,测量结果不再受温度影响。
(1) 这种力传感器是将力的大小转换为 电压(选填“电流”或“电压”)的装置。
(2) 向下的外力F增大时,下列说法正确的是 D。
A. 上下应变片金属电阻丝电阻都增大
B. 上下应变片金属电阻丝电阻都减小
C. 上应变片金属电阻丝电阻减小,下应变片金属电阻丝电阻增大
D. 上应变片金属电阻丝电阻增大,下应变片金属电阻丝电阻减小
(3) 传感器输出的电压U随外力F增大而 增大。
(4) 进行温度补偿时,应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而 减小 的电阻,下金属电阻丝串联阻值随温度升高而 减小 的电阻。
(5) 如果未进行温度补偿,自由端受到相同的力F作用,该传感器下应变片两端的电压$ U_2 $冬天比夏天 小(选填“大”或“小”)。

答案： 【解析】：
（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。
（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，所以应变片金属电阻丝的电阻随温度的增大而增大，因此应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而减小的电阻，给下金属电阻丝串联阻值随温度升高而减小的电阻，这样，当温度变化时，串联的电阻随温度变化的阻值和应变片金属电阻丝随温度变化的阻值相等，即温度变化时，总电阻值不变，测量结果不受温度的影响。
（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$U_2$冬天比夏天小。
【答案】：
（1）电压
（2）D
（3）增大
（4）减小；减小
（5）小