含传感器、“可变电阻取值范围”问题的电学综合计算模型（原卷版）

1.小明观察到高速公路送出口处设有测量货车重力的检测装置，他利用学过的物理知识设

计了一套测量货车重力的模拟装置，其工作原理如图甲所示。0AB为水平杠杆，。为支点，

0A：AB=1：4,平板上物体所受重力大小通过电流表读数显示。已知定值电阻Ro的阻值

为200,电流表的量程为0〜0.6A,压力传感器R固定放置，R的阻值随所受压力F变化

的关系如图乙所示。平板、压杆和杠杆的质量均忽略不计。

(1)当平板上不放物体时，闭合开关，电流表的示数为0.2A,求电源电压是多大？

(2)该模拟装置能测量的物体的最大重力是多大？

(3)电池用久后，电压变小，其他条件不变，要使装置能测量的最大物重不变。若只更

换电•阻Ro,则更换后的电阻应(选填“大于”或“小于”)R0o若只水平调节杠

杆上触点A的位矍，触点A应向(选填“左”或“右”)方向移动。

2.如图甲是某品牌智能体重秤，图乙是它的电路结构困，Ro为定值电阻，科盘下方的电阻

R为压敏电阻，其阻值随所受压力大小的变化关系图像如图丙所示。已知电源电压为6V

保持不变。

(1)当杵盘为空时，R的阻值为多少；

(2)体重为400N的小勇站在体重科上时，电压表示数为2V,则Ro的阻值是多少；

(3)若小华站在体重杼上，5s内完成了称量体重的过程，这段时间内体重秤消耗的电能

是0.36J,则小华的体重为多少.

甲乙丙

3.综合实践活动中，同学们设计了一款可用电压表示数显示拉力大小的测力计模型，电压

表示数随拉力的增大而增大，模型电路如图甲所示，ab为长15cm、阻值20Q的电怛丝，

其阻值与长度成正比。滑片P左端固定在拉杆上，弹簧处于原长时，滑片P位于a端，

电源电压恒为4V,Ro为120,其余部分电阻不计，电压表量程为0〜3V。忽略弹簧、拉

甲乙

(1)虚线框内接线柱“1”应与(选填“2”或“3”)连接。

(2)闭合开关，弹簧处于原长状态时，电压表示数是多少？

(3)弹簧的伸长量与所受拉力F之间的关系如图乙所示，在保证电路安全的前提下拉环

上能施加的最大拉力是多少？

4.空气质量指数是环境监测的重要指标，下表的空气质量等级是按照空气质量指数A划分

的。某兴趣小组自制的空气质量监测仪，用电压表显示空气质量指数，工作原理电路图

如图所示。已知电源电压U=18V,电压表量程为。〜15V,定值电阻Ro的阻值为100。，

气敏电阻阻值R与A的关系为R=AX103OO

A

空气质量指。〜5051〜100101〜150151〜200201〜300>300

数A

空气质量等优良轻度污染中度污染重度污染严重污染

级

(1)通过计算，判断电压表示数为12V时，气敏电阻的阻值为多少？并判断对应的空气

质量等级。

(2)当电压表示数为12V时，经过多少时间定值电阻R。和气敏电阻R消耗的总电能可以

让标有3000〃(kW-h)的也能表转过9转？

(3)更换定值电阻Ro可改变监测仪的测量范围。若要使电压表满偏时对应的空气质量指

数A=400,则更换后的定值电.阻R。’的阻值应为多少？

5.电梯为居民出入带来很大的便利。小明家住某小区某栋6楼，放学后乘电梯回家。小明

查阅资料，了解到出于安全考虑，电梯都设置了超载自动报警系统，其工作原理如图甲

所示，电路由工作电路和控制电路组成：在工作电潞中，当电梯没有超载时，动触点K

与静触点A接触。闭合开关S,电动机正常工作。当电梯超载时，动触点K与静触点B

接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关S,电动机也不工作。在控制电路中，已知控制

电路的直流电源电压U=6V,保护电阻R=100Q,电阻式压力传感器(压敏电阻)R?阻

值随压力F大小变化加图乙所示。

电梯自重和电磁铁线图的阻值都忽略不计

3

0246810FX10N

甲乙

(1)某次电梯正常运行时，测得通过包磁铁线圈的电流为10mA,则此时电梯载重为多少

kg?

(2)若该电梯安装在家庭电路中，电动机的功率为11kW,那么它工作时的电流为多少？

(3)若电磁铁线圈也流达到20mA时，刚好接触静触点B,也铃发出警报声，表示该电梯

已经超载。当该电梯厢内站立总质量为1000kg的乘客时，试通过计算说明电梯是否超载？

6.随着科技的进步，智能设备逐步走入千家万户，某科研小组对自动储水装进行研究。

图甲的储水容器底有一个质量0.5千克、底面积100平方厘米的长方体浮桶，桶上端通

过轻质弹簧与紧贴力敏电阻的轻质绝缘片A相连，距容器底0.4米处的侧壁有排水双控

阀门。控制电路如图乙所示，其电源电压U为12伏，此时滑动变阻器接入电路的阻值为

10欧，当电流表示数为0.6安，且桶底升至阀门所处高度时，阀门才感应排水。力敏电

阻R与它所受压力F的对应关系如表所示(弹簧均在弹性限度内)。

压力F/牛24.......1215

电阻R/欧11370.......1610

(1)未加水时，力敏也阻所受压力为2牛，电流表的示数是多少安？

(2)当双控阀门打开排水时，此时容器内水面距底部的距离为多少米？

(3)若要增加该装旻的储水量，应如何调节控制电路中的滑动变阻器？并说明理

7.如图所示，U膨轻质杠杆ABCD,AB和CD分别与BC垂直。轻质杆E0固定在天花板上，

在0处安装较链，杠杆ABCD可绕支点0转动，已知OB：0C=1:2。重为50N的柱体甲固

定在A端，且放置在压敏封阻孔上，压敏电阻的阻值Rx随压力F的变化关系如表所示，

将压敏电阻接入电源电压恒为12V的电路中，定值且Ro阻值为10Q,电流表量程为。〜

0.6A,电压表量程为0〜15V。重为20N的柱体乙固定在D端并放入足够高的柱形容器内，

容器底面积为400cm2,柱体乙的底面积为200cm2,高2Ccm,乙的下表面距离容器底部10cm。

求：

F/N102030405060708090

Rx/O200110503020141052

(1)柱体乙的密度：

(2)现向空容器中注入45005?的水，电路总功率；

(3)为保证电路安全，总共注入水的最大质量为多少千克。

8.如图甲所示是某兴趣小组设计的家庭燃气报警器电路示意图，其中电源电压保持恒定,

Ri是由气敏材料制成的传感器，其阻值与燃气（主要成分为甲烷）的浓度的关系如下表:

R2为滑动变阻器通过移动滑片P的位置来设定燃气报警值：两个小灯泡的额定功率均为

6W均能正常工作，该报警器初始设置在3%的燃气浓度报警，此时电流表的读数为0.3A,

电磁铁A恰好能将衔铁B吸下（电磁铁线图阻值忽喀不计）

甲

R阻值与天然气的关系

燃气浓度传感器阻值Q

0%55

2%33

4%23

6%20

（1）报警器报警时，灯亮。（选填“LJ或"L2”）

（2）该报警器初始设直在3冬的燃气浓度报警，测试时，报警器传感器始终处于3*的燃

气中，闭合开关S,滑动变阻器滑片P从一端移到另一端，测得电压表示数U与电流表示

数的关系如图乙所示，则该报警器在待机时（燃气浓度为0%）消耗的总电功率为多少？

（3）若想让上述报警器在燃气浓度达到2%时就报警，那么该如何调节滑动变阻器，并请

简述其中的科学原理。

9.为探究平衡木受力的特点，重为400N的小红设计了图甲所示的平衡木模型，整个装置放

在水平地面上，AB可统支点0无摩擦转动。AB始终处于水平平衡状态，C处固定一竖直

硬杆，硬杆重300N,硬杆的底部安装有压力传感器R,R所在的电路装置如图乙所示，R

的阻值随着破杆对它的压力F的变化关系如图丙所示。其中，电源电压为4.5V,保护电

阻Ro=5Q,电流表的量程为0〜0.6A,且AB=4m,0A=BC=1m,整个装置除硬杆外，其

他部分的重力均不计，g取10N/kg。求：

(1)小红的质量；

(2)小红站在A点时，C处受到硬杆对它的拉力；

(3)小红站在C点时，电流表的示数；

(4)在电路安全的情况下，小红在平衡木上缓慢走动的过程中，当电路消耗的电功率达

到最小值和最大值时，压力传感器R消耗的电功率之比。

10.如图甲所示，小勇同学设计了一个汽车落水安全装置并进行了试脸，在汽车的四个门板

外侧分别安装一个气囊，气囊的触发由图乙所示电路中a、b间的电压来控制，压敏电阻

R水平安装在汽车底部A处，外的阻值随其表面水的压力的变化如图丙所示。某次试验

时：已知电源电压为4.5V。汽车入水前把R2的滑片调到合适位竟不动，闭合开关S,电

压表的示数为3V；再把汽车吊入足够高的长方体水池中缓慢下沉，直到a、b间的电压等

于或大于3V时，气囊就充气打开，使汽车漂浮在水白。求:

51015202530F/N

丙

(1)汽车入水前电路中的电流；

(2)气囊充气打开时汽车A处受到水的压力：

(3)如果设置气囊充气打开时汽车A处受到的压力为5N,求此时电路消耗的总功率。

11.在课外活动中，同学们设计了一个“汽车超载报警器”，原理如图甲所示。其中ABO是

质量不计的杠杆，B点为汽车模型重力承压点，A点通过压杆作用于压敏电阻R,OA：0B

=4：1,在测量电路中R的阻值随压力变化的关系如下表所示。无车时电路中的电流I

=150mA；小灯泡两端的电压U22.5V是超载的报警点(超载时发红光，不超载时发绿光)。

小灯泡的I-U图像如图乙所示。电源电,压为5.5V保持不变。求：

甲