用力敏传感器测量不规则物体密度

用力敏传感器测量不规则物体密度

固体和液体的密度测量是物理实验的一个基本课题,具有丰富的物理思想和训练内容。目前,力敏传感器在物理实验中已经得到较为广泛的应用,它的方便、快捷、准确已得到了普遍的认可。为此我们可利用力敏传感器,对不规则物体的密度进行测量,也便于学生掌握力敏传感器的特性。

实验目的

1.了解压阻式力敏传感器;

2.设计一种用电学量测量不规则物体密度的方法。

测量原理

1.硅压阻式力敏传感器

硅压阻式力敏传感器是由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成,该芯片由4个扩散电阻集成一个微型的惠斯通电桥。当外界拉力作用于梁上时,在拉力的作用下,梁产生弯曲,硅压阻式力敏传感器受力的作用,电桥失去平衡,有电压输出,输出电压与所加外力成线性关系,即

U =KF ①

式中U 为传感器输出电压,F 为外力大小,K 为传感器的灵敏度。

2.固体密度的测量

设被测量物体的质量为M ,烧杯中液体的密度为ρ0,V 为烧杯中液体的变化量,即所测量物体的体积,g 为重力加速度。

当物体没有浸入到液体中时,有

U 1=KF 1=KMg ②

当物体完全浸入到水中时,有

U 2=KF 2=K (Mg -ρ0gV ) ③

由以②、③两式可得

M =U 1 ④ gK

V =

因此所求物体的密度为 U 1-U 2 ⑤ ρ0gK

U 1ρ0M ⑥ =V U 1-U 2ρ=

由此可知,不用测出待测物体的质量和体积,只要已知烧杯中液体的密度,即可求出被测物体的密度。若已知物体的密度,还可以求其他不同液体的密度,还可以研究不同浓度的液体

与密度的关系。

提供器材

压阻式力敏传感器、数字电压表、烧杯、已知密度的液体、待测不规则物体等。 实验装置与要求

1.实验装置

实验装置图

1 立柱 2 传感器 3 待测物 4 烧杯 5 升降台 6 数字电压表

2.实验要求

a 、要求同学们在掌握实验原理的基础上自行设计实验步骤和实验方法,预习报告要求写出实验原理和实验步骤,并设计出原始数据记录表。

b 、要测量出不规则物体的密度。

c 、写出完整的实验报告。

用力敏传感器测量不规则物体密度

固体和液体的密度测量是物理实验的一个基本课题,具有丰富的物理思想和训练内容。目前,力敏传感器在物理实验中已经得到较为广泛的应用,它的方便、快捷、准确已得到了普遍的认可。为此我们可利用力敏传感器,对不规则物体的密度进行测量,也便于学生掌握力敏传感器的特性。

实验目的

1.了解压阻式力敏传感器;

2.设计一种用电学量测量不规则物体密度的方法。

测量原理

1.硅压阻式力敏传感器

硅压阻式力敏传感器是由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成,该芯片由4个扩散电阻集成一个微型的惠斯通电桥。当外界拉力作用于梁上时,在拉力的作用下,梁产生弯曲,硅压阻式力敏传感器受力的作用,电桥失去平衡,有电压输出,输出电压与所加外力成线性关系,即

U =KF ①

式中U 为传感器输出电压,F 为外力大小,K 为传感器的灵敏度。

2.固体密度的测量

设被测量物体的质量为M ,烧杯中液体的密度为ρ0,V 为烧杯中液体的变化量,即所测量物体的体积,g 为重力加速度。

当物体没有浸入到液体中时,有

U 1=KF 1=KMg ②

当物体完全浸入到水中时,有

U 2=KF 2=K (Mg -ρ0gV ) ③

由以②、③两式可得

M =U 1 ④ gK

V =

因此所求物体的密度为 U 1-U 2 ⑤ ρ0gK

U 1ρ0M ⑥ =V U 1-U 2ρ=

由此可知,不用测出待测物体的质量和体积,只要已知烧杯中液体的密度,即可求出被测物体的密度。若已知物体的密度,还可以求其他不同液体的密度,还可以研究不同浓度的液体

与密度的关系。

提供器材

压阻式力敏传感器、数字电压表、烧杯、已知密度的液体、待测不规则物体等。 实验装置与要求

1.实验装置

实验装置图

1 立柱 2 传感器 3 待测物 4 烧杯 5 升降台 6 数字电压表

2.实验要求

a 、要求同学们在掌握实验原理的基础上自行设计实验步骤和实验方法,预习报告要求写出实验原理和实验步骤,并设计出原始数据记录表。

b 、要测量出不规则物体的密度。

c 、写出完整的实验报告。


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