傳感器讓我們的生活變得更加便利,其基本工作原理是把非電學量轉換為電學量,從而方便進行測量、傳輸和控制。
(1)為了測量儲罐中某種不導電液體液面的高度,某同學利用平行板電容器制作了一個“液位監測儀”,如圖1所示,將兩塊平行金屬板豎直插入到該液體中,液體填充在兩極板之間。兩極板分別用導線接到數字電容表上,數字電容表可顯示出電容器的電容,從電容的變化就可以知道容器中液面高度的變化。當數字電容表示數增大時,液面高度是上升還是下降?簡要說明理由。
(2)如圖2所示為大型電子地磅電路圖。不稱物體時,滑片P在A端,滑動變阻器接入電路中的電阻最大,電流最小;稱重物時,在壓力作用下滑片P下滑,滑動變阻器接入電路中的電阻減小,電流增大。將電流表的電流刻度轉換成對應的重力刻度,就可以讀出被稱物體的重力。已知電源電動勢為E,內阻不計;滑動變阻器A、B間距離為L,最大阻值等于定值電阻R0的阻值;兩根彈簧的總彈力大小與形變量成正比,比例系數為k;電流表內阻不計。請推導所稱重物的重力G的大小與電流I的關系式。
(3)利用霍爾元件可以進行微小位移的測量。如圖3甲所示,在兩塊磁感應強度相同、N極相對放置的磁體縫隙中放入霍爾元件,當霍爾元件處于中間位置時,磁感應強度為0,霍爾電壓為0,將該點作為位移的零點,當霍爾元件沿±x方向移動時,同時通有如圖3乙所示的恒定電流I,由于不同位置處磁感應強度B不同,在M、N表面間產生的電勢差UMN不同。在小范圍內,兩磁極間磁感應強度B的大小與位移x的大小成正比,比例系數為k。已知該霍爾元件長為a,寬為b,厚為c,單位體積中導電的電子數為n,電子的電荷量為e。請推導霍爾元件M、N表面間的電勢差UMN與位移x的關系式。

【答案】(1)當數字電容表示數增大時,液面高度是上升;
(2)所稱重物的重力G的大小與電流I的關系式G=2kL-;
(3)霍爾元件M、N表面間的電勢差UMN與位移x的關系式UMN=;
(2)所稱重物的重力G的大小與電流I的關系式G=2kL-
k
LE
I
R
0
(3)霍爾元件M、N表面間的電勢差UMN與位移x的關系式UMN=
k
I
nec
x
【解答】
【點評】
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