《2026年新高考5年真题高中物理全一册通用版湖南专版》

12. (9分) 某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图(a)所示，$R_1$、$R_2$、$R_3$为电阻箱，$R_F$为半导体薄膜压力传感器，$C$、$D$间连接电压传感器(内阻无穷大)。

(1) 先用欧姆表“$× 100$”挡粗测$R_F$的阻值，示数如图(b)所示，对应的读数是1000$\Omega$；
　　　　　　　
(2) 适当调节$R_1$、$R_2$、$R_3$，使电压传感器示数为0，此时，$R_F$的阻值为$\frac{R_1R_3}{R_2}$(用$R_1$、$R_2$、$R_3$表示)；
(3) 依次将$0.5 g$的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小)，读出电压传感器示数$U$，所测数据如下表所示：

根据表中数据在图(c)上描点，绘制$U - m$关系图线；

(4) 完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力$F_0$，电压传感器示数为$200 mV$，则$F_0$大小是0.017$N$(重力加速度取$9.8 m/s^2$，保留2位有效数字);
(5) 若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量$C$、$D$间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力$F_1$，此时非理想毫伏表读数为$200 \text{ mV$，则$F_1$＞$F_0$(填“$＞$”“$=$”或“$＜$”)。

答案：
12.参考答案
(1)1000
(2)$\frac{R_1R_3}{R_2}$
(3)图见解析
(4)0.017
(5)＞
命题意图本题考查用传感器和电桥法测电阻，考查考生的实验能力。
解题思路
(1)由题图(b)，根据欧姆表的读数规则，可知$R_{ F}$的阻值为$10×100\Omega=1000\Omega$。
(2)当电压传感器的示数为0时，可知C、D两点的电势相等，则有$I_1R_1=I_2R_2$、$I_1R_{ F}=I_2R_3$，联立解得$R_{ F}=\frac{R_1R_3}{R_2}$。
(3)描点，连线，如图所示。

(4)当电压传感器示数为$200 mV$时，由$U-m$关系图线可知，此时相当于将质量为$m_0=1.78 g$的物体加载到压力传感器上，则微小压力$F_0$等于砝码的重力，即$F_0=m_0g\approx0.017 N$。
(5)将C、D间接电压传感器以外的电路等效为一新电源，C、D两点间的电压看作路端电压，C、D间接理想电压传感器时，读数为等效电源的电动势，换用非理想毫伏表测量C、D间电压，其读数为$200 mV$时，由新电源内阻分压，实际的等效电源电动势变大，所以半导体薄膜压力传感器上施加的微小压力$F_1＞F_0$。