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    2019届高考物理一轮复习讲义:第11章 实验十二 传感器的简单使用(含答案)
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    2019届高考物理一轮复习讲义:第11章 实验十二 传感器的简单使用(含答案)

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    实验十二 传感器的简单使用

    板块一 主干梳理·夯实基础

    1

     实验步骤

    1.按图连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。

    2.把多用电表置于欧姆挡,并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。

    3.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。

    4.将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。

     数据处理

    1.根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。

    2.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线,如图所示。

    3.根据实验数据和R­t图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。

    2

     实验步骤

    1.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100挡。

    2.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。

    3.打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。

    4.用手掌(或黑纸)遮光,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。

     数据处理

    把记录的结果填入表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。

    光照强度

    无光照射

    阻值

     

     

     

     

    结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。

     误差分析

    1.温度计读数带来的误差,可以选用精度高的温度计读数三次取平均值。

    2.欧姆表的读数带来的误差,可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平均值。

     注意事项

    1.在做热敏电阻实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温和电阻值。

    2.光敏电阻实验中,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。

    3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。

    板块二 考点细研·悟法培优                  

    考点1  热敏电阻的应用

    1 热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线,要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值约45 Ω。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中,杯内有一定量的冷水,其他备用的仪表和器具有:盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(020 Ω)、开关、导线若干。

    (1)画出实验电路图。

    (2)根据电路图,在上图所示的实物图上连线。

    (3)简要写出完成接线后的主要实验步骤。

    尝试解答 (1)图见解析__(2)如图所示

    (3)完成接线后的主要实验步骤:往保温杯里加一些热水,待温度计稳定时读出温度计值;调节滑动变阻器,快速测出几组电压表和电流表的值;重复,测量不同温度下的数据;绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线

    (1)常温下待测热敏电阻的阻值(45 Ω)较小,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,应该选用电流表外接法。题目中要求特性曲线尽可能完整,应使热敏电阻两端的电压由零逐渐增大,滑动变阻器选用分压式。所以电路图如图。

    (2)按电路图,实物连线见尝试解答。

    (3)往保温杯里加一些热水,待温度计稳定时读出温度计值;调节滑动变阻器,快速测出几组电压表和电流表的值;重复,测量不同温度下的数据;绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线。

     温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的。如图甲所示,电源的电动势E9.0 V,内电阻不计;G为灵敏电流计,内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S,当R的温度等于20 时,电流计示数I12 mA;当电流计的示数I23.6 mA时,热敏电阻的温度是________

    答案 120

    解析 从题图乙查得t20 时,R的阻值为4 kΩ

    EI1(RRg)

    RgR 4 kΩ0.5 kΩ

    I23.6 mA时,设热敏电阻的阻值为R,则

    RRg 0.5 kΩ2 kΩ

    从题图乙查得此时对应的温度t2120

    考点2  光敏电阻传感器的应用

    2 为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如表:

    照度/lx

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    1.2

    电阻/kΩ

    75

    40

    28

    23

    20

    18

    (1)根据表中数据,请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。

      

    (2)如图乙所示,当12两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路。给12两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。

    (不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下:

    光敏电阻RP(符号,阻值见图表)

    直流电源E(电动势3 V,内阻不计)

    定值电阻:R110 kΩR220 kΩR340 kΩ(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。

    尝试解答 (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如下图所示,光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。

    (2)电路原理图见下图

    (1)根据表中的数据,在坐标纸上描点连线,得到如尝试解答所示的变化曲线。

    阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。

    (2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,此时光敏电阻阻值为20 kΩ,两端电压为2 V,电源电动势为3 V,故应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10 kΩ,即选用R1;此电路的原理图见尝试解答。

     [2016·南京质检]AB两块正对的金属板竖直放置,在金属板A的内侧表面系一绝缘细线,细线下端系一带电小球。两块金属板接在如图所示的电路中,电路中的R1为光敏电阻,R2为滑动变阻器,R3为定值电阻。当R2的滑片Pa端时闭合开关S,此时电流表A和电压表V的示数分别为IU,带电小球静止时绝缘细线与金属板A的夹角为θ,电源电动势E和内阻r一定。则以下说法正确的是(  )

    A若将R2的滑片Pb端移动,则I不变,U增大

    B.保持滑片P不动,用更强的光照射R1,则I增大,U增大

    C.保持滑片P不动,用更强的光照射R1,则小球重新达到稳定后θ变大

    D.保持滑片P不动,用更强的光照射R1,则U的变化量的绝对值与I的变化量的绝对值的比值不变

    答案 D

    解析 由题中电路图看出,电压表V测量的是路端电压大小,电路稳定时R2支路中无电流,R2两端电压为零,将R2的滑片向b端移动不会影响电压表V和电流表A的读数,故选项A错误。两极板AB之间的电压等于光敏电阻R1两端的电压,用更强的光照射R1R1的阻值变小,电路电流I变大,路端电压U变小,R3两端电压变大,R1两端电压变小,则小球重新达到稳定后θ变小,故选项BC均错误。设强光照射R1前电压表V和电流表A的示数分别为U1I1,强光照射R1后电压表V和电流表A的示数分别为U2I2,则EU1I1rEU2I2r,解得r,可见,选项D正确。

    考点3  传感器在日常生活中的应用

    3 某学生为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)。如图所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个,开关及导线若干,待测物体(可置于力电转换器的受压面上)

    (1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,画出完整的测量电路图。

    (2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m

    尝试解答 (1)设计电路如图所示

    (2)测量步骤如下:

    调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零;

    将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0

    将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U1

    因为U0km0gU1kmg,所以可求m

    本题是传感器的应用问题,考查实验与探究能力,完成简单的实验设计。力电转换器虽然是一个全新的仪器,但它与其他所有的测量仪器一样,要有一个调零的过程。仔细审题,题目中有很多重要的暗示,挖掘这些信息即是我们解决问题的关键。测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)所以输出电压Ukmg。题目要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,这就暗示我们滑动变阻器必须使用分压式,有了设计电路才可以进行测量步骤。

     如图所示为一测定液面高低的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体,把传感器接到图示电路中,已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转,则导电液体的深度h的变化情况为(  )

    Ah正在增大   Bh正在减小

    Ch不变   D.无法确定

    答案 B

    解析 由电源极性及电流方向可知,AB构成的电容器上的电荷量减小,据C,电容C在减小,可知正对面积S减小,即h在减小,故选项B正确。

     

     

     

     

     

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