四川省成都市2025届高三下学期三诊物理12题一题多变

2025年成都三诊物理12题一题多变 魏鑫 南部县东辰学校 四川南充637300 物理情境来源于生活，用物理原理理解生活场景的问题，让学科知识得以应用。对学科素养的培养水到渠成。 （2025年成都三诊物理第12题）某实验小组利用压力传感器制作一个简易的台秤来测量物体的质量。小组测得某传感器阻值RF随压力F的变化规律如图(a)所示,并设计了如图(b)所示的电路。制作台秤的关键步骤是在电压表表盘刻度上重新标记以kg为单位的质量刻度,这个步骤称为表盘定标。已知电源电动势E为6V,内阻r为2Ω,电压表Ⓥ的量程为0~3V,电阻箱R的调节范围为0~999.9Ω,重力加速度大小为g=10m/s2。小组同学提出了两种不同的定标方案，具体操 作如下: (1) 方案一:采用实验测量法完成表盘定标 ①闭合开关之前，将电阻箱R调到___ (填“最小值”或“最大值”); ②压力传感器上未放置物体,闭合开关S,调节电阻箱R的阻值,使电压表Ⓥ满偏,指针所在位置标为质量零刻度; ③保持电阻箱阻值不变，改变压力传感器上物体的质量,同时记录下电压表示数U和物体质量m,利用测量数据完成表盘定标， (2)方案二;采用理论推导法完成表盘定标 若将电压表视为理想电压表,结合图(a)、图(b)信息,计算出电压表满偏时电阻箱R的阻值为__Ω,将电阻箱R阻值调为计算出的阻值,并在电压表满偏位置标为质量零刻度;计算出电压表示数U随物体的质量m变化的函数U=________(表达式中除m外,其余物理量均代人数值)，并根据函数关系完成表盘定标;新表盘刻度值分布满足____(填“均匀分布”、“左密右疏”或“左疏右密”); (2) 对标定方案进行评估时,若采用方案二定标的表盘进行读数,则测量值____(选填>”、“<”或“一”)物体质量的真实值。 分析：方案一中，闭合开关前，将电阻R调道最大还是最小？实验首先要安全，在电路中，安全就是电路中的电流最小，在电动势一定时，要使电流最小，显然接入的电阻为最大。故，将电阻箱R调到“最大值”。 方案二中，由图（a）知，质量为零时，RF的阻值为50Ω，电压表满偏电压为3V,而电源的电动势为6V,因电动势，开关，电阻箱，和力传感器组成一个串联电路，由串联电路的特点，知电池内阻和电阻箱分的电压=6V-3V=3V,则电池内阻和电阻箱之和为力传感器电阻（50Ω），即r+R=50Ω,r=2Ω,则R=48Ω;注意，电阻箱调节范围为0~999.9Ω，即有一位小数，则电压表满偏时电阻箱R的阻值为48.0Ω（保留一位小数）。 由图（a）知，RF=50-mg,结合图（b）,由串联电路特点，得U= . 新表盘刻度值分布满足特点： 首先，电压表刻度是均匀的。由题知，满偏时，电压读数为3V,对应的质量为零；但质量为5Kg时，RF=0，则，电压表示数为0V。即电压为零，对应质量为5Kg(质量最大），表盘从左向右电压均匀增加，质量在减小。 质量刻度如何？ 当质量为最大量程的一半时（m=2.5Kg），代入U=，得到U=2V,即指针超过中间（1.5V）刻度。 这样，同样得质量变化量（从5Kg到2.5Kg与2.5Kg到0Kg），左边部分得弧长比右边长，所以质量刻度是“左疏右密”。 按方案二中定标的表盘进行读数,则测量值与真实值的关系，从图（b）知，电压表与压力传感器是并联关系，并联的等效电阻比压力传感器的电阻小，电阻小，质量大。故测量值大于真实值。 变式1 我们所见的电子称是刻度，从左向右质量是增加的，改下电路，能不能实现？ 串联电路，一个电阻的电压在增加，这个电阻之外的电阻上的电压就会增？ 故此，我们把电压表接在电阻箱两端，压力传感器电阻与压力=关系，任然按图（a）。 如图（c）.无压力时，压力传感器电阻为50Ω，此时电压表读数为0.8V,则保持电阻箱电阻为8Ω不变。电压表读数与m的关系： U= ，当电压表满偏时，m=4.4Kg;当m=2.2Kg,U=1.26v;或U=1.9V时，m=3.47Kg 如上图所示，质量刻度，左密右疏。 随着m的增加，即分母变小，则分数值在增加，基本达到m的刻度从左向右是在增加。但明显，刻度不是均匀的，质量0刻度从0.8V开始的。 变式2 如电路中串接电流表，不要电压表？ 如图（d） E=6V,r=2Ω,R=8Ω; RF=50-10m I= 质量刻度左密右疏，质量0刻度从0.1A开始，任然跟市面上台秤表刻度不一致。 变式3 要使质量刻度均匀，有没更好的办法？ 如上图(e)，电路的电流恒定，无货物时，P位于a端。P端下移距离正比于货物的质量，电压表的读数，正比于aP间的电阻。即电压表的读数与货物的质量成正比。 即U=kmg 质量刻度均匀，从左向右质量增大，符合市面上的电子台秤的刻度要求。 总结： 本实验原题，通过对压力传感器在台称上的应用，考察学生对实验安全，图形图像的理解，欧姆定律应用等知识的理解；对电压随质量变化的函数理解，判断质量刻度值分布特点。 测压力传感器的电压随质量的刻度，大小上类似欧姆表的刻度，左大右小；刻度分布又相反，欧姆表是左密右疏，该表为左疏右密。 实际生活中，很难发现有这样的台称。 如何改装电路，使其刻度符合日常规范？在压力传感器组成的电路中，改测定值电阻的电压，或去掉电压表，电路中传个电流表，能够使质量刻度左小右大。但质量零刻度不在电表的零刻度处，另，刻度不均匀。 虽然压力传感器电阻是随压力线性变化的，当电流不是线性变化的，要使所设计的台秤合符日常，则压力传感器要放弃，另找元器件。 电路中电流不变时，电阻上的电压随电阻增而增，为线性的，可行。 从压力传感器的应用，到对照日常生活设备标度，回规到符合正常的，通用的台秤设计，让物理知识，学以致用。 学科网（北京）股份有限公司 $$