高端电流检测简介,试图用LTC2063发现不稳定问题
只要问任何经验丰富的电气工程师&&如我们故事里的教授Gureux&&在MOSFET栅极前要放什么，你很可能会听到&一个约100 &O的电阻。&虽然我们对这个问题的答案非常肯定，但人们仍然会问为什么，并且想知道具体的作用和电阻值。为了满足人们的这种好奇心，我们接下来将通过一个例子探讨这些问题。年轻的应用工程师Neubean想通过实验证明，为了获得稳定性，是不是真的必须把一个100 &O的电阻放在MOSFET栅极前。拥有30年经验的应用工程师Gureux对他的实验进行了监督，并全程提供专家指导。
高端电流检测简介
图1.高端电流检测。
图1中的电路所示为一个典型的高端电流检测示例。负反馈试图在增益电阻RGAIN上强制施加电压VSENSE。通过RGAIN的电流流过P沟道MOSFET (PMOS)，进入电阻ROUT，该电阻形成一个以地为基准的输出电压。总增益为
电阻ROUT上的可选电容COUT的作用是对输出电压滤波。即使PMOS的漏极电流快速跟随检测到的电流，输出电压也会展现出单极点指数轨迹。
原理图中的电阻RGATE将放大器与PMOS栅极隔开。其值是多少？经验丰富的Gureux可能会说：&当然是100 &O！&
尝试多个&O值
我们发现，我们的朋友Neubean，也是Gureux的学生，正在认真思考这个栅极电阻。Neubean在想，如果栅极和源极之间有足够的电容，或者栅极电阻足够大，则应该可以导致稳定性问题。一旦确定RGATE和CGATE相互会产生不利影响，则可以揭开100 &O或者任何栅极电阻值成为合理答案的原因。
图2.高端电流检测仿真。
图2所示为用于凸显电路行为的LTspice仿真示例。Neubean通过仿真来展现稳定性问题，他认为，稳定性问题会随着RGATE的增大而出现。毕竟，来自RGATE和CGATE的极点应该会蚕食与开环关联的相位裕量。然而，令Neubean感到惊奇的是，在时域响应中，所有RGATE值都未出现任何问题。
结果发现，电路并不简单
图3.从误差电压到源电压的频率响应。
在研究频率响应时，Neubean意识到，需要明确什么是开环响应。如果与单位负反馈结合，构成环路的正向路径会从差值开始，结束于结果负输入端。Neubean然后模拟了VS/(VP & VS)或VS/VE，并将结果绘制成图。图3所示为该开环响应的频域图。在图3的波特图中，直流增益很小，并且交越时未发现相位裕量问题。事实上，从整体上看，这幅图显示非常怪异，因为交越频率小于0.001 Hz。
图4.高端检测电路功能框图。
将电路分解成控制系统的结果如图4所示。就像几乎所有电压反馈运算放大器一样， LTC2063具有高直流增益和单极点响应。该运算放大器放大误差信号，驱动PMOS栅极，使信号通过RGATE & CGATE滤波器。CGATE和PMOS源一起连接至运算放大器的&IN输入端。RGAIN从该节点连接至低阻抗源。即使在图4中，可能看起来RGATE & CGATE滤波器应该会导致稳定性问题，尤其是在RGATE比RGAIN大得多的情况下。毕竟，会直接影响系统RGAIN电流的CGATE电压滞后于运算放大器输出变化。
对于为什么RGATE和CGATE没有导致不稳定，Neubean提供了一种解释：&栅极源为固定电压，所以，RGATE & CGATE电路在这里是无关紧要的。你只需要按以下方式调整栅极和源即可。这是一个源极跟随器。&
经验更丰富的同事Gureux说：&实际上，不是这样的。只有当PMOS作为电路里的一个增益模块正常工作时，情况才是这样的。&
受此启发，Neubean思考了数学问题&&要是能直接模拟PMOS源对PMOS栅极的响应，结果会怎样？换言之，V(VS)/V(VG)是什么？Neubean赶紧跑到白板前，写下了以下等式。
运算放大器增益为A，运算放大器极点为&A。
Neubean立刻就发现了重要项gm。什么是gm？对于一个MOSFET，
看着图1中的电路，Neubean心头一亮。当通过RSENSE的电流为零时，通过PMOS的电流应该为零。当电流为零时，gm为零，因为PMOS实际上是关闭的，未被使用、无偏置且无增益。当gm = 0时，VS/VE为0，频率为0 Hz，VS/VG为0，频率为0 Hz，所以，根本没有增益，图3中的曲线图可能是有效的。
试图用LTC2063发现不稳定问题
带来这点启示，Neubean很快就用非零的ISENSE尝试进行了一些仿真。
图5.非零检测电流条件下从误差电压到源电压的频率响应。
图5为条件下从VE到VS的响应增益/相位图，该线跨越0dB以上到0dB以下，看起来要正常得多。图5应该显示大约2 kHz时，100 &O下有大量的PM，100 k&O下PM较少，1 M&O下甚至更少，但不会不稳定。
Neubean来到实验室，用高端检测电路LTC2063得到一个检测电流。他插入一个高RGATE值，先是100 k&O，然后是1 M&O，希望能看到不稳定的行为，或者至少出现某类振铃。不幸的是，他都没有看到。
他尝试加大MOSFET里的漏极电流，先增加ISENSE，然后使用较小的RGAIN电阻值。结果仍然没能使电路出现不稳定问题。
他又回到了仿真，尝试用非零ISENSE测量相位裕量。即使在仿真条件下也很难，甚至不可能发现不稳定问题或者低相位裕度问题。
Neubean找到Gureux，问他为什么没能使电路变得不稳定。Gureux建议他研究一下具体的数字。Neubean已经对Gureux高深莫测的话习以为常，所以，他研究了RGATE和栅极总电容形成的实际极点。在100 &O和250 pF下，极点为6.4 MHz；在100 k&O下，极点为6.4 kHz；在1 M&O下，极点为640 Hz。LTC2063增益带宽积(GBP)为20 kHz。当LTC2063具有增益时，闭环交越频率可能轻松下滑至RGATE& CGATE 极点的任何作用以下。
是的，可能出现不稳定问题
意识到运算放大器动态范围需要延伸至RGATE & CGATE极点的范围以外，Neubean选择了一个更高增益带宽积的运放。LTC6255 5 V运算放大器可以直接加入电路，增益带宽积也比较高，为6.5 MHz。
Neubean急切地用电流、LTC k&O栅极电阻和300 mA检测电流进行了仿真。
然后，Neubean在仿真里添加了RGATE。当RGATE足够大时，一个额外的极点可能会使电路变得不稳定。
图6.有振铃的时域图。
图7.增加电流（VE至VS）后的正常波特图，相位裕量表现糟糕。
图6和图7显示的是在高RGATE值条件下的仿真结果。当检测电流保持300 mA不变时，仿真会出现不稳定情况。
为了了解电流是否会在检测非零电流时出现异常行为，Neubean用不同步进的负载电流和三个不同的RGATE值对LTC6255进行了测试。在瞬时开关切入更多并行负载电阻的情况下，ISENSE从60 mA的基数过度到较高值220 mA。这里没有零ISENSE测量值，因为我们已经证明，那种情况下的MOSFET增益太低。
实际上，图8最终表明，使用100 k&O和1 M&O电阻时，稳定性确实会受到影响。由于输出电压会受到严格滤波，所以，栅极电压就变成了振铃检测器。振铃表示相位裕量糟糕或为负值，振铃频率显示交越频率。
图8.RGATE= 100 &O，电流从低到高瞬态。
图9.RGATE = 100 &O，电流从高到低瞬态。
图10.RGATE = 100 k&O，电流从低到高瞬态。
图11.RGATE = 100 k&O，电流从高到低瞬态。
图12.RGATE = 1 M&O，电流从低到高瞬态。
图13.RGATE= 1 M&O，电流从高到低瞬态。
头脑风暴时间
Neubean意识到，虽然看到过许多高端集成电流检测电路，但不幸的是，工程师根本无力决定栅极电阻，因为这些都是集成在器件当中的。具体的例子有 AD8212, LTC6101, LTC6102,和LTC6104 高电压、高端电流检测器件。事实上，AD8212采用的是PNP晶体管而非PMOS FET。他告诉Gureux说：&真的没关系，因为现代器件已经解决了这个问题。&
好像早等着这一刻，教授几乎打断了Neubean的话，说道：&我们假设，你要把极低电源电流与零漂移输入失调结合起来，比如安装在偏远地点的电池供电仪器。你可能会使用LTC2063或LTC2066 ，将其作为主放大器。或者你要通过470 &O分流电阻测到低等级电流，并尽量准确、尽量减少噪声；那种情况下，你可能需要使用 ADA4528，该器件支持轨到轨输入。在这些情况下，你需要与MOSFET驱动电路打交道。&
显然，只要栅极电阻过大，使高端电流检测电路变得不稳定是有可能的。Neubean向乐于助人的老师Gureux谈起了自己的发现。Gureux表示，事实上，RGATE确实有可能使电路变得不稳定，但开始时没能发现这种行为是因为问题的提法不正确。需要有增益，在当前电路中，被测信号需要是非零。
Gureux回答说：&肯定，当极点侵蚀交越处的相位裕量时，就会出现振铃。但是，你增加1 M&O栅极电阻的行为是非常荒谬的，甚至100 k&O也是疯狂的。记住，一种良好的做法是限制运算放大器的输出电流，防止其将栅极电容从一个供电轨转向另一个供电轨。&
Neubean表示赞同，&那么，我需要用到哪种电阻值？&
Gureux自信地答道：&100 &O&。
原文标题：一位年轻应用工程师的高端电流检测实验分享
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来源：无锡日报
【无锡日报5月2日】校园，是学生无比熟悉的场所。毕业后，校园成了他们最难忘的地方。除了朝夕相处的老师，那些默默无闻帮助学生的校园工作者也让校园变得有趣、温暖又值得回忆。记者日前采访了多名校园工作者，发掘他们在平凡工作中的不平凡之处。
江南大学这位实验员不简单
说起实验员，可能很多人会认为那是一个比较轻松的岗位，主要工作就是在上课前准备好实验用具、用品，课后再把实验器具等收好。江南大学物联网工程学院的实验员邵康，不仅能自制实验器具、修理实验器具，还能讲课、带队参加各级大学生电子设计竞赛，甚至还能为企业提供服务，在学生心目中如同金庸武侠小说中那位深藏不露的扫地僧。
实验员虽然做的只是辅助教学的工作，但这并不影响邵康对这份工作的热爱。自1981年从当时的“无锡轻工业学院”的“机电实验专修”专业毕业，他就开始了大学实验员的工作。
上世纪80年代，学校实验室相关器具缺乏，为了让这些大学生学习专业知识不受影响，邵老师就动手自己做实验器具。“比如当时实验室缺少回转器，我和相关专业课老师一起设计自己制作。”他介绍说，在那个年代，设计制作如今看来很简单的实验器具都需要克服相当大的难度。除了需要查阅大量的资料，制作回转器的过程中还需要掌握运算放大器的应用。“那时这一器件应用较少，我们仅在电路设计调试、收集数据上就用了好几个月。”邵康回忆道。据介绍，那个年代他为学生自制了六七种实验器具，还编写了电路实验指导书，为学生做实验提供便利。如今，随着社会分工精细，已经不需要实验员自制实验器具了，但实验用具出现诸如信号发射器输出信号不稳定等问题，邵康总能想到办法轻松解决。
除了准备实验器材，邵康还要承担实验课授课的任务。在很多物联网工程学院的学生眼中，邵老师有一双火眼金睛，实验中困扰着他们难以解决的问题，到他那里总能轻易化解。该院大二学生小孙说：“有一次做实验时我的步骤、线路都正确，但结果迟迟出不来。我几次检查自己的线路连接，确认都没有问题，大冬天急得汗都出来了。邵老师过来一看就分析出了症结所在。”对于学生的钦佩，邵康谦和地说，这其实没有什么厉害的，实验做得多了积累了经验，很多问题和应对方法就刻在脑子里了。原来，自工作起每次相关的实验课开始前，他都会在学生做实验之前自己做上好几遍，发现问题、分析并寻找解决方法。所有的实验器具他都会检查过几遍才放心。
经验丰富的邵老师成了抢手的“香饽饽”，很多参加电子设计竞赛的学生争相选择他为自己的辅导老师。这些年来，邵康10多次带队参加省级乃至国家级的大学生电子设计竞赛。在他严格又不乏耐心的辅导下，学生设计出来的作品多次在省、全国大赛中获奖。
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“陈师傅一定有办法”是清名桥中学很多老师在遇到“难题”时常常脱口而出的一句话。老师口中的陈师傅名叫陈德银，是学校的一名专职负责夜间校园安全的保安。老陈介绍说，自己来自宿迁市，今年已有60岁，在这所校园里服务了16年，学校就是他的家。
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东林小学食堂有位资深大厨
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资深大厨为何甘愿到一所小学的食堂做菜？采访时，陈师傅坦言一方面学校离家近，方便照顾生病的妻子，另一方面他特别喜欢孩子，愿意在学校为孩子们服务。进入学校工作，和原来相比虽然少了路途奔波，工资也比原来少了，但相关要求以及需要付出的责任心不降反升，陈建中每天都带上全部的爱心和细心上班。
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本文来源于：无锡日报
原文链接：
（编辑：张青）
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地址：江苏省无锡市蠡湖大道1800号邮编：214122联系电话：7服务邮箱：xck@jiangnan.edu.cn使两金属丝的通电电流和通电时间相等；（2）为达到研究的目的，铜丝和镍铬合金丝的电阻一定不同；（3）通电一段时间后，可以观察到B瓶中温度计的示数较高，表明镍铬合金丝的发热功率较大．实验表明，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，发热功率越大．（4）电热的利用和防止：举出利用电热的例子：利用电流的热效应制作电饭锅来煮饭；举出防止电热带来危害的例子：在计算机的电路板安装散热风扇．
科目：初中物理
来源：学习周报　物理　沪科中考版　学年　第10期　总第166期 沪科版
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科目：初中物理
题型：阅读理解
第十六届全国初中应用物理知识竞赛初赛试卷一、选择题&&以下各小题给出的四个选项只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内(每小题3分，共15分)。& & 1．小亮同学从超市买来一个玻璃瓶装的铁皮盖罐头，想把瓶盖打开，可是怎么也拧不动。小亮的哥哥用螺丝刀沿瓶盖的边轻轻撬了几下，一拧就打开了。这主要是因为用螺丝刀撬瓶盖可以&&【& &&】&A．增大瓶盖直径，减小瓶盖侧壁对瓶的压力B．减小瓶盖与瓶口的接触面积C．减小瓶内外气体的压力差D．由于撬了盖的一边，而增大了盖的另一边的压力& & 2．高压输电线路的铁塔顶端有一条(或两条)比下面输电线细的金属线(如图1～图2)，它的作用是& &&【& &&】& A．加强铁塔的稳定性& B．传输零线的电流& C．防雷电，起到避雷针的作用& D．作为备用线，供输电线断开时应急使用3．用普通照相机拍照时，要按被照物体距相机镜头的远近进行“调焦”，使用起来不太便捷。有一种“傻瓜”相机，只要把想拍摄的景物全部纳入取景器内，不论远处还是近处的物体，在照片上都比较清晰，从而使拍照的过程变得十分快捷。这种“傻瓜”相机不用“调焦”的奥秘是&&【& &&】& & A．采用了长焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相差不大& & B．采用了短焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相差不大& & C．采用了长焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相同& & D．采用了短焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相同& & 4．磁带录音机既可以录音，也可用以放音，其主要部件为运行的磁带和绕有线圈的磁头。录音时，磁带上的磁粉被由声音信号转化而来的电流产生的磁场所磁化，这样便将声音信号转化为磁信号记录在磁带上；放音时，再把磁带上的磁信号通过磁头转化为电信号使扬声器发声。对于录音机录音、放音过程的基本原理，下列各种说法中正确的是&&【& &&】& & A．录音的基本原理是电磁感应，放音的基本原理是电流的磁效应& & B．录音的基本原理是电流的磁效应，放音的基本原理是电磁感应& & C．录音和放音的基本原理都是电流的磁效应& & D．录音和放音的基本原理都是电磁感应& & 5．王勇同学在宾馆饭店看到一种自动门，当有人靠近时，门会实现自动开闭。王勇同学对此产生了浓厚的兴趣，他很想知道自动门是如何实现自动控制的。为此他反复做了几次试验：当他轻轻地靠近自动门时，门自动打开；当把一个足球滚向自动门时，门自动打开；当把一面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板，直立着滑向自动门时，门不打开。王勇同学根据探究试验的结果，对自动门的自控原理提出了以下几种猜想，你认为其中最合理的猜想是&&【& &&】& & A．自动门“听”到来者的声音时，通过声控装置实现自动开闭& & B启动门探测到靠近的物体发射出的红外线，通过光控装置实现自动开闭& & C自动门本身能发射出一种红外线信号，当此种信号被靠近的物体反射时，就会实现自动开闭& & D．靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门，实现自动开闭二、填空题(共15分)& & 1．(3分)如图3所不，小婷乘汽车到姥姥家去度假，汽车在平直公路上行驶。小婷的感觉是：远处的村庄相对于电线杆在向_________运动；近处的小树相对于电线杆在向_______运动；电线杆周围的景物看起来好像在绕电线杆做_____时针转动。& & 2．(3分)列车上出售的食品常常放在如图4所示的小推车上，若货物均匀摆在车内，当前轮遇到障碍物A时，售货员向下按扶把，这时手推车可以视为杠杆，支点是_____(写出支点位置的字母)；当后轮遇到障碍物A时，售货员向上提扶把，这时支点是______。后一种情况下，手推车可以视为______力杠杆。& & 3．(3分)在海拔3000 m以上的高原地区，汽车发动机的冷却水容易沸腾，这是因为高原地区_______的缘故。常年生活在平原地区的人到达该地区后，由于空气稀薄会产生缺氧反应，为了得到足够的氧气，人会不自觉地进行深呼吸，这时肺的容积与在平原上相比要扩张得更_______(选填“大”或“小”)一些。& & 4．(3分)汽车上的机械式里程表是用安装在轮上的一组计数齿轮来实现计数的，而这些计数齿轮又通过特定的传动装置被车轮的转动所驱动。同时车轮的转动还通过特定的传动装置，传递给由电磁感应原理制成的传感器，传感器再将反映车轮转动情况的电信号显示在速度表上，从而指示此时的车速。当轮胎用久了有明显的磨损后，就会使所计里程和指示的时速产生误差。若里程表记录里程为12000 km，则汽车实际行驶的里程将&_______(填“大于”、“小于”或“等于”)示数；若此车从北京驶往上海，以速度表上指示的时速为依据，对整个行程所估算的行驶时间将________(选填“大于”、小于”或“等于”)实际行驶时间。& & 5．(3分)2005年春节晚会上，一群聋哑青年用精美绝伦的舞蹈“千手观音”给人以美的享受，善的启迪。& & (1)如图5所示，观众看不见领舞者邰丽华身后站着的其他舞蹈者，这是因为光是______________传播的。& & (2)在观看演出的过程中，我们虽然没有看到乐队却也能分辨出是何种乐器在发声，这主要是因为不同乐器所发声音的_________是不同的。& & (3)电视观众看到莲花座上的千手观音身披绚丽霞光，这些光是由________、_______、______三原色依不同的比例混合而成的。&&三、简答下列各题(共22分)& 1．(4分)火箭点火发射时，若高温火焰向下喷射到发射台上，发射台就会被烧毁。为了保护发射台，在它的底部建造了个大水池，从而巧妙地解决了这个技术问题。& & (1)火箭发射时，底部喷出的庞大的白色气团(图6)是由什么组成的?它是怎样形成的?(2)分析“大水池”对发射台起到保护作用的道理。& 2．(4分)在高压输电线路中常可看到&如图7所示的一些绝缘子。请说明为什么悬挂高压输电线的绝缘子的表面要涂光亮的瓷釉，而且做成一节一节的?3．(4分)小志家买了一种点缀节日用的小彩灯，他发现当其中一个小彩灯的灯丝烧断了以后，其余的小彩灯还能继续发光。于是小志对小彩灯之间的连接关系产生了兴趣，为此他请教了科技人员，得到以下信息。&&他用的小彩灯规格是“2．5 V，0．25 A”，通过串联一定数量的小彩灯，使单个小彩灯两端所加的电压比它的额定电压稍低，每个小彩灯都能基本正常发光。& &&小彩灯的构造如图8所示，在灯丝导电支架上除了有灯丝和起固定作用的小玻璃珠以外，还绕有约4圈细金属丝。灯丝电阻冷时约为2．5 Ω，热时约为15 Ω。& &&细金属丝的电阻为1 Ω，正常(低压)情况下，由于支架表面有一层氧化铜的缘故，它与灯丝支架是不导通的，没有电流流过。若加上较高的电压(如220 V)时氧化层可被击穿，细金属丝与灯丝支架导通。& &&根据以上介绍的资料，请你说明为什么一个小彩灯的灯丝烧毁后，其他的小彩灯还能继续发光。& & 4．(4分)向阳中学广播室想借助于双刀双掷开关控制南北两教学楼的喇叭：开关掷向A端时南面的三只喇叭接通，掷向B端时南北六只喇叭全部接通。请你用笔画线代替导线按上述要求完成图9中的电路图。& 5．(6分)长期以来，实心粘土砖一直是我国主要的建筑材料。由于粘土砖在生产过程中存在着诸多弊端，国家有关部门提出了减少粘土砖使用率、倡导新型材料的要求。如图10所示的空心水泥砖就是新型建筑材料的一种。请你从节能与环保等方面分析，使用空心水泥砖比使用实心粘土砖有哪些好处。(至少写出三条)& &&四、(6分)李明同学家要买一个烧水用的水壶，超市里有两种容积相同但品种不同的铝质水壶可供选购，一种是放在液化气灶上用的，另一种是壶内装有电热器的，如图ll所示。李明想比较哪一种水壶烧水更省钱。他首先进行了调查，得到如下资料：当地居民用电的价格是0.5元／度；瓶装液化气的价格是60元／瓶(每瓶中液化气的质量约为15 kg，液化气的热值为4.2×107J／kg),用液化气烧水的热效率约为30％，用电热水壶烧水的热效率约为90％。根据以上信息，请你通过计算分析一下用哪种水壶烧水更省钱。& &&五、(8分)为了保护环境，治理水土流失，学校的环保小组设计并进行了河水含沙量的研究。& &&第一阶段是理论分析：分别以ρ水、ρ沙、ρ泥水表示水、泥沙、泥沙水的密度，以x表示每立方米泥沙水中所含泥沙的质量(称做含沙量)，导出了ρ泥水与ρ水、ρ沙、x的关系式；然后作出了泥沙水的密度ρ泥水随含沙量x变化的图象。& &&第二阶段是实验验证：在一个量筒里放入一定量干燥的黄土，再倒入一定量的清水，计算出含沙量x，并测出泥沙水的密度ρ泥水；接着再多次加入清水配制成不同密度的泥沙水，进行同样的计算和测量，由此得出ρ泥水与x的多组数据；然后根据这些数据作出了表示泥沙水的密度与含沙量关系的ρ泥水－x图象。他们惊喜地发现，实验结果与理论分析是一致的。& &&第三阶段是实际测量：在一次山洪冲刷地面时，他们采集了40 L的水样，称出其总质量为40.56kg。此前已经测出干燥的泥沙的密度ρ沙：2.4×103kg／m3，于是求出了洪水中的平均含沙量。& & (1)请你参与环保小组第一阶段的工作，导出ρ泥水与ρ水、ρ沙、x的关系式。然后根据关系式作出泥沙水的密度ρ泥水随含沙量x变化图象的草图。(2)请你参与环保小组第三阶段的计算工作，求出洪水中的平均含沙量。& &&六、(10分)现在很流行的数码相机的主要优点是可以直接生成数码照片，从而可以方便地进行编辑与加工，保存的时间也更长。而且数码照片还可以直接在电脑上显示出来，或者通过电子邮件传送出去。& &&下面是一款数码相机的电池的一些资料。根据右面提供的信息以及下面对数码相机工作过程的介绍，回答相关问题：& & (1)数码相机的电源打开后，就处于待机状态，这时要消耗一定的电能；拍摄时，拍摄与处理数据所消耗的电能就更大。假设用一个充满电的电池作电源进行拍照，每5min拍一张照片，相机使用过程中的平均工作电流为0.2A。请估算一节充满电的电池最多可以拍摄多少张照片。& & (2)对一个电能已全部耗尽的这种电池进行完全充电，充电的效率多大?七、(12分)空调的“匹数”，是对空调输入功率的粗略标识。因相同匹数不同品牌空调的制冷效能有较大的差异，为便于比较，空调的效能常以“制冷量”来表示。在选择空调时，除了制冷量和制热量(对冷热空调而言)外，还要考虑“能效比”。空调的能效比=，它表示空调器是否高效节电。目前市场上空调器的能效比相差很大，一般在2～3之间，最高的可达到3．5左右，应尽量挑选能效比高的空调。房间所需的制冷量和制热量可按下面的公式计算：制冷量Q冷＝S（房间面积）×140w－180 w；制热量Q热=S(房间面积)×180 W－240 W(此公式适用于层高2．5 m的房间，如果层高偏大，则应适当加大功率)。& &&下表是小明家准备购买的某一型号空调的使用说明书的一部分。& &&请结合上面所介绍的知识和空调使用说明书，通过计算回答下面的问题：& & 1．这台空调的能效比是多少。& & 2小明家新购买楼房客厅的面积约为30 m2，层高为2．7 m，他想在客厅内安装上表所示的空调。请你通过计算说明这种选择是否合理。& & 3．若小明家用此空调器制冷，空调器的压缩机每天实际工作6 h，一个月仅空调一项所支付的电费约为多少?(当地的电价为0.5元／度)& &&八、(12分)小军家客厅墙壁上有一个控制灯的开关和一个两孔插座装在一起的“一开两孔”的电工元件。图12是元件的面板、图13是元件壳体内部的原接线图。由于开关损坏，需要更换整个元件。小军爸爸决定自己动手完成，小军给爸爸当助手。& &&小军爸爸断开家中进户线的总开关，在拆旧换新的过程中发现：拆下前没有留意元件中的A、B、D三根导线(B、C间已有一短导线在内部相连)与外面的①②③三根导线的连接关系(如图14)，因为室内导线都在水泥墙内，无法观察①②③各导线与墙内导线的连接情况。&&于是他闭合家中进户线的总开关，用试电笔检测各根导线，发现：第①根导线可以使试电笔发光；第②、⑨根导线不能使试电笔发光。&&根据小军爸爸的检测，能不能判断各根导线的连接情况?小军经过仔细思考后认为，不能判断每根导线的连接情况，如果在情况不明时盲目连接还可能出现更严重的问题。& & (1)你认为小军的观点对不对?为什么?& & (2)你能不能利用常用的家用电器，如台灯等(均带有插头)，鉴别出①②③根导线应怎样分别与A、B、D接线柱相连接?说出你的方法并简述理由。& & (3)根据你的判断，将图14中①②⑧根导线与下面的A、B、D接线柱和上面的火线、零线及灯泡连接起来。
科目：初中物理
题型：阅读理解
第十六届全国初中应用物理知识竞赛初赛试卷一、选择题&&以下各小题给出的四个选项只有一个是正确的，把正确选项前面的字母填在题后的括号内(每小题3分，共15分)。& & 1．小亮同学从超市买来一个玻璃瓶装的铁皮盖罐头，想把瓶盖打开，可是怎么也拧不动。小亮的哥哥用螺丝刀沿瓶盖的边轻轻撬了几下，一拧就打开了。这主要是因为用螺丝刀撬瓶盖可以&&【& &&】&A．增大瓶盖直径，减小瓶盖侧壁对瓶的压力B．减小瓶盖与瓶口的接触面积C．减小瓶内外气体的压力差D．由于撬了盖的一边，而增大了盖的另一边的压力& & 2．高压输电线路的铁塔顶端有一条(或两条)比下面输电线细的金属线(如图1～图2)，它的作用是& &&【& &&】& A．加强铁塔的稳定性& B．传输零线的电流& C．防雷电，起到避雷针的作用& D．作为备用线，供输电线断开时应急使用3．用普通照相机拍照时，要按被照物体距相机镜头的远近进行“调焦”，使用起来不太便捷。有一种“傻瓜”相机，只要把想拍摄的景物全部纳入取景器内，不论远处还是近处的物体，在照片上都比较清晰，从而使拍照的过程变得十分快捷。这种“傻瓜”相机不用“调焦”的奥秘是&&【& &&】& & A．采用了长焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相差不大& & B．采用了短焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相差不大& & C．采用了长焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相同& & D．采用了短焦距的镜头，使远近不同的物体成像的位置相同& & 4．磁带录音机既可以录音，也可用以放音，其主要部件为运行的磁带和绕有线圈的磁头。录音时，磁带上的磁粉被由声音信号转化而来的电流产生的磁场所磁化，这样便将声音信号转化为磁信号记录在磁带上；放音时，再把磁带上的磁信号通过磁头转化为电信号使扬声器发声。对于录音机录音、放音过程的基本原理，下列各种说法中正确的是&&【& &&】& & A．录音的基本原理是电磁感应，放音的基本原理是电流的磁效应& & B．录音的基本原理是电流的磁效应，放音的基本原理是电磁感应& & C．录音和放音的基本原理都是电流的磁效应& & D．录音和放音的基本原理都是电磁感应& & 5．王勇同学在宾馆饭店看到一种自动门，当有人靠近时，门会实现自动开闭。王勇同学对此产生了浓厚的兴趣，他很想知道自动门是如何实现自动控制的。为此他反复做了几次试验：当他轻轻地靠近自动门时，门自动打开；当把一个足球滚向自动门时，门自动打开；当把一面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板，直立着滑向自动门时，门不打开。王勇同学根据探究试验的结果，对自动门的自控原理提出了以下几种猜想，你认为其中最合理的猜想是&&【& &&】& & A．自动门“听”到来者的声音时，通过声控装置实现自动开闭& & B启动门探测到靠近的物体发射出的红外线，通过光控装置实现自动开闭& & C自动门本身能发射出一种红外线信号，当此种信号被靠近的物体反射时，就会实现自动开闭& & D．靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门，实现自动开闭二、填空题(共15分)& & 1．(3分)如图3所不，小婷乘汽车到姥姥家去度假，汽车在平直公路上行驶。小婷的感觉是：远处的村庄相对于电线杆在向_________运动；近处的小树相对于电线杆在向_______运动；电线杆周围的景物看起来好像在绕电线杆做_____时针转动。& & 2．(3分)列车上出售的食品常常放在如图4所示的小推车上，若货物均匀摆在车内，当前轮遇到障碍物A时，售货员向下按扶把，这时手推车可以视为杠杆，支点是_____(写出支点位置的字母)；当后轮遇到障碍物A时，售货员向上提扶把，这时支点是______。后一种情况下，手推车可以视为______力杠杆。& & 3．(3分)在海拔3000 m以上的高原地区，汽车发动机的冷却水容易沸腾，这是因为高原地区_______的缘故。常年生活在平原地区的人到达该地区后，由于空气稀薄会产生缺氧反应，为了得到足够的氧气，人会不自觉地进行深呼吸，这时肺的容积与在平原上相比要扩张得更_______(选填“大”或“小”)一些。& & 4．(3分)汽车上的机械式里程表是用安装在轮上的一组计数齿轮来实现计数的，而这些计数齿轮又通过特定的传动装置被车轮的转动所驱动。同时车轮的转动还通过特定的传动装置，传递给由电磁感应原理制成的传感器，传感器再将反映车轮转动情况的电信号显示在速度表上，从而指示此时的车速。当轮胎用久了有明显的磨损后，就会使所计里程和指示的时速产生误差。若里程表记录里程为12000 km，则汽车实际行驶的里程将&_______(填“大于”、“小于”或“等于”)示数；若此车从北京驶往上海，以速度表上指示的时速为依据，对整个行程所估算的行驶时间将________(选填“大于”、小于”或“等于”)实际行驶时间。& & 5．(3分)2005年春节晚会上，一群聋哑青年用精美绝伦的舞蹈“千手观音”给人以美的享受，善的启迪。& & (1)如图5所示，观众看不见领舞者邰丽华身后站着的其他舞蹈者，这是因为光是______________传播的。& & (2)在观看演出的过程中，我们虽然没有看到乐队却也能分辨出是何种乐器在发声，这主要是因为不同乐器所发声音的_________是不同的。& & (3)电视观众看到莲花座上的千手观音身披绚丽霞光，这些光是由________、_______、______三原色依不同的比例混合而成的。&&三、简答下列各题(共22分)& 1．(4分)火箭点火发射时，若高温火焰向下喷射到发射台上，发射台就会被烧毁。为了保护发射台，在它的底部建造了个大水池，从而巧妙地解决了这个技术问题。& & (1)火箭发射时，底部喷出的庞大的白色气团(图6)是由什么组成的?它是怎样形成的?(2)分析“大水池”对发射台起到保护作用的道理。& 2．(4分)在高压输电线路中常可看到&如图7所示的一些绝缘子。请说明为什么悬挂高压输电线的绝缘子的表面要涂光亮的瓷釉，而且做成一节一节的?3．(4分)小志家买了一种点缀节日用的小彩灯，他发现当其中一个小彩灯的灯丝烧断了以后，其余的小彩灯还能继续发光。于是小志对小彩灯之间的连接关系产生了兴趣，为此他请教了科技人员，得到以下信息。&&他用的小彩灯规格是“2．5 V，0．25 A”，通过串联一定数量的小彩灯，使单个小彩灯两端所加的电压比它的额定电压稍低，每个小彩灯都能基本正常发光。& &&小彩灯的构造如图8所示，在灯丝导电支架上除了有灯丝和起固定作用的小玻璃珠以外，还绕有约4圈细金属丝。灯丝电阻冷时约为2．5 Ω，热时约为15 Ω。& &&细金属丝的电阻为1 Ω，正常(低压)情况下，由于支架表面有一层氧化铜的缘故，它与灯丝支架是不导通的，没有电流流过。若加上较高的电压(如220 V)时氧化层可被击穿，细金属丝与灯丝支架导通。& &&根据以上介绍的资料，请你说明为什么一个小彩灯的灯丝烧毁后，其他的小彩灯还能继续发光。& & 4．(4分)向阳中学广播室想借助于双刀双掷开关控制南北两教学楼的喇叭：开关掷向A端时南面的三只喇叭接通，掷向B端时南北六只喇叭全部接通。请你用笔画线代替导线按上述要求完成图9中的电路图。& 5．(6分)长期以来，实心粘土砖一直是我国主要的建筑材料。由于粘土砖在生产过程中存在着诸多弊端，国家有关部门提出了减少粘土砖使用率、倡导新型材料的要求。如图10所示的空心水泥砖就是新型建筑材料的一种。请你从节能与环保等方面分析，使用空心水泥砖比使用实心粘土砖有哪些好处。(至少写出三条)& &&四、(6分)李明同学家要买一个烧水用的水壶，超市里有两种容积相同但品种不同的铝质水壶可供选购，一种是放在液化气灶上用的，另一种是壶内装有电热器的，如图ll所示。李明想比较哪一种水壶烧水更省钱。他首先进行了调查，得到如下资料：当地居民用电的价格是0.5元／度；瓶装液化气的价格是60元／瓶(每瓶中液化气的质量约为15 kg，液化气的热值为4.2×107J／kg),用液化气烧水的热效率约为30％，用电热水壶烧水的热效率约为90％。根据以上信息，请你通过计算分析一下用哪种水壶烧水更省钱。& &&五、(8分)为了保护环境，治理水土流失，学校的环保小组设计并进行了河水含沙量的研究。& &&第一阶段是理论分析：分别以ρ水、ρ沙、ρ泥水表示水、泥沙、泥沙水的密度，以x表示每立方米泥沙水中所含泥沙的质量(称做含沙量)，导出了ρ泥水与ρ水、ρ沙、x的关系式；然后作出了泥沙水的密度ρ泥水随含沙量x变化的图象。& &&第二阶段是实验验证：在一个量筒里放入一定量干燥的黄土，再倒入一定量的清水，计算出含沙量x，并测出泥沙水的密度ρ泥水；接着再多次加入清水配制成不同密度的泥沙水，进行同样的计算和测量，由此得出ρ泥水与x的多组数据；然后根据这些数据作出了表示泥沙水的密度与含沙量关系的ρ泥水－x图象。他们惊喜地发现，实验结果与理论分析是一致的。& &&第三阶段是实际测量：在一次山洪冲刷地面时，他们采集了40 L的水样，称出其总质量为40.56kg。此前已经测出干燥的泥沙的密度ρ沙：2.4×103kg／m3，于是求出了洪水中的平均含沙量。& & (1)请你参与环保小组第一阶段的工作，导出ρ泥水与ρ水、ρ沙、x的关系式。然后根据关系式作出泥沙水的密度ρ泥水随含沙量x变化图象的草图。(2)请你参与环保小组第三阶段的计算工作，求出洪水中的平均含沙量。& &&六、(10分)现在很流行的数码相机的主要优点是可以直接生成数码照片，从而可以方便地进行编辑与加工，保存的时间也更长。而且数码照片还可以直接在电脑上显示出来，或者通过电子邮件传送出去。& &&下面是一款数码相机的电池的一些资料。根据右面提供的信息以及下面对数码相机工作过程的介绍，回答相关问题：& & (1)数码相机的电源打开后，就处于待机状态，这时要消耗一定的电能；拍摄时，拍摄与处理数据所消耗的电能就更大。假设用一个充满电的电池作电源进行拍照，每5min拍一张照片，相机使用过程中的平均工作电流为0.2A。请估算一节充满电的电池最多可以拍摄多少张照片。& & (2)对一个电能已全部耗尽的这种电池进行完全充电，充电的效率多大?七、(12分)空调的“匹数”，是对空调输入功率的粗略标识。因相同匹数不同品牌空调的制冷效能有较大的差异，为便于比较，空调的效能常以“制冷量”来表示。在选择空调时，除了制冷量和制热量(对冷热空调而言)外，还要考虑“能效比”。空调的能效比=，它表示空调器是否高效节电。目前市场上空调器的能效比相差很大，一般在2～3之间，最高的可达到3．5左右，应尽量挑选能效比高的空调。房间所需的制冷量和制热量可按下面的公式计算：制冷量Q冷＝S（房间面积）×140w－180 w；制热量Q热=S(房间面积)×180 W－240 W(此公式适用于层高2．5 m的房间，如果层高偏大，则应适当加大功率)。& &&下表是小明家准备购买的某一型号空调的使用说明书的一部分。& &&请结合上面所介绍的知识和空调使用说明书，通过计算回答下面的问题：& & 1．这台空调的能效比是多少。& & 2小明家新购买楼房客厅的面积约为30 m2，层高为2．7 m，他想在客厅内安装上表所示的空调。请你通过计算说明这种选择是否合理。& & 3．若小明家用此空调器制冷，空调器的压缩机每天实际工作6 h，一个月仅空调一项所支付的电费约为多少?(当地的电价为0.5元／度)& &&八、(12分)小军家客厅墙壁上有一个控制灯的开关和一个两孔插座装在一起的“一开两孔”的电工元件。图12是元件的面板、图13是元件壳体内部的原接线图。由于开关损坏，需要更换整个元件。小军爸爸决定自己动手完成，小军给爸爸当助手。& &&小军爸爸断开家中进户线的总开关，在拆旧换新的过程中发现：拆下前没有留意元件中的A、B、D三根导线(B、C间已有一短导线在内部相连)与外面的①②③三根导线的连接关系(如图14)，因为室内导线都在水泥墙内，无法观察①②③各导线与墙内导线的连接情况。&&于是他闭合家中进户线的总开关，用试电笔检测各根导线，发现：第①根导线可以使试电笔发光；第②、⑨根导线不能使试电笔发光。&&根据小军爸爸的检测，能不能判断各根导线的连接情况?小军经过仔细思考后认为，不能判断每根导线的连接情况，如果在情况不明时盲目连接还可能出现更严重的问题。& & (1)你认为小军的观点对不对?为什么?& & (2)你能不能利用常用的家用电器，如台灯等(均带有插头)，鉴别出①②③根导线应怎样分别与A、B、D接线柱相连接?说出你的方法并简述理由。& & (3)根据你的判断，将图14中①②⑧根导线与下面的A、B、D接线柱和上面的火线、零线及灯泡连接起来。
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