2019版高考物理總復(fù)習(xí) 實驗創(chuàng)新增分 專題十二 傳感器簡單使用學(xué)案

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1、 實驗十二　傳感器簡單使用 一、研究熱敏電阻的熱敏特性 二、研究光敏電阻的光敏特性 注意事項 1．在做熱敏實驗時，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫。 2．光敏實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。 3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 考點1　基礎(chǔ)實驗 [例1]　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度變化而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為lx)。某光敏電

2、阻RP在不同照度下的阻值如下表： 照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在如圖甲所示的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。 (2)如圖乙所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響) 提供的器材如下： 光敏電阻RP(符號，阻值見上表)； 直流電

3、源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)； 定值電阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。 解析　(1)描繪圖象應(yīng)注意：各點均勻分布在圖線兩側(cè)，且圖線應(yīng)用平滑曲線，而不能只是各點的連線。光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖a所示，電阻的阻值隨光照度的增大而減小。 (2)根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系，E＝3 V，當(dāng)照度降低至1.0 lx時，其電壓升至2 V，由圖線a知，此時光敏電阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，則串聯(lián)電阻分壓UR＝1 V，由＝＝2得R＝＝10 kΩ，故選定值電阻R1，電路原理圖如圖b所示。 答案　見

4、解析 本題考查了實驗數(shù)據(jù)的處理、圖象的分析和光控照明電路的設(shè)計，通過圖象得出了光敏電阻隨光照度的增大阻值減小的特點。在設(shè)計光控照明電路時，正好利用了光敏電阻的這個特點，利用串聯(lián)電路的分壓特點，來實現(xiàn)光敏電阻對光控開關(guān)的控制。 如圖是測試熱敏電阻R的實驗電路圖，滑動變阻器調(diào)節(jié)到某一定值，實驗中觀察到當(dāng)溫度升高時燈更亮，下列對該實驗現(xiàn)象分析正確的是(　　) A．電路中電流減小了 B．電路中電流增大了 C．溫度升高時，熱敏電阻的阻值增大 D．溫度升高時，燈泡電阻的阻值減小 答案　B 解析　燈更亮說明燈泡的電功率更大了；由燈泡電功率P＝I2R可知，電路中電流增大了，故A錯誤

5、、B正確；溫度升高時，電路中電流增大了，說明熱敏電阻與燈泡組成的串聯(lián)電路電阻減小，燈泡電阻的阻值將增大，故熱敏電阻的阻值減小，故C錯誤；溫度升高時，燈泡電阻的阻值將增大，D錯誤。 考點2　創(chuàng)新實驗 [例2]　(2017·洛陽一模)某同學(xué)要研究一質(zhì)地均勻、圓柱形的熱敏電阻電阻率隨溫度的變化規(guī)律，其部分步驟如下： (1)用游標(biāo)為20分度的卡尺測量其長度如圖甲所示，由圖可知其長度為________mm。 (2)用螺旋測微器測量其直徑如圖乙，由圖可知其直徑為________ mm。 (3)該同學(xué)利用以下實驗器材設(shè)計實驗研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律： A．熱敏電阻(常溫下

6、約300 Ω) B．溫度計 C．電流表A1(0～60 mA，約10 Ω) D．電流表A2(0～3 A，約0.1 Ω) E．電壓表V(0～6 V，約15 kΩ) F．滑動變阻器R1(200 Ω，0.5 A) G．滑動變阻器R2(5 Ω，2 A) H．蓄電池(9 V,0.05 Ω) I．開關(guān)一個，帶夾的導(dǎo)線若干 ①實驗要求通過熱敏電阻的電流從零開始增加，電流表應(yīng)選擇________，滑動變阻器選擇________。 ②為精確測量該熱敏電阻，請在下圖中完成實驗器材連接。 解析　(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為50

7、 mm＋11×0.05 mm＝50.55 mm。 (2)螺旋測微器的讀數(shù)為4.5 mm＋30.0×0.01 mm＝4.800 mm。 (3)①估算電路中電流值I＝＝ A＝30 mA，電流表應(yīng)選C。實驗要求電流從零開始增加，即滑動變阻器采用分壓式接法，所以滑動變阻器應(yīng)選阻值小的G。 ②電路連接如圖所示。 答案　(1)50.55　(2)4.800(4.799～4.801均正確)　 (3)①C　G　②圖見解析 該題考查游標(biāo)卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)，實驗儀器的選擇、實驗電路的設(shè)計和實物連接，在電路設(shè)計中主要考查電流表外接法和滑動變阻器的分壓式接法，這一點和電學(xué)其他實驗沒有很大區(qū)別。題

8、目中的傳感器只是電路中的一個元件。因此，與傳感器有關(guān)的實驗大都可以利用常規(guī)電學(xué)實驗的思路來解題。 (多選)如圖所示的電路中，當(dāng)半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻浸泡到熱水中時，電流表示數(shù)增大，則說明(　　) A．熱敏電阻在溫度越高時，電阻越大 B．熱敏電阻在溫度越高時，電阻越小 C．半導(dǎo)體材料溫度升高時，導(dǎo)電性能變差 D．半導(dǎo)體材料溫度升高時，導(dǎo)電性能變好 答案　BD 解析　熱敏電阻浸泡在熱水中，電流表示數(shù)變大，說明溫度越高，熱敏電阻阻值越小，半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能變好，故B、D正確。 1．(多選)壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)設(shè)計了利用壓敏電阻判斷升降機運動狀態(tài)

9、的裝置，其工作原理如圖所示，將壓敏電阻固定在升降機底板上，其上放置一個物塊，在升降機運動過程的0到t1時間內(nèi)，升降機靜止，電流表示數(shù)I0，則(　　) A．t1到t2時間內(nèi)升降機勻速上升 B．t1到t2時間內(nèi)升降機加速上升 C．t2到t3時間內(nèi)升降機勻速上升 D．t2到t3時間內(nèi)升降機勻加速上升 答案　BD 解析　0到t1時間內(nèi)，升降機靜止，則物塊對壓敏電阻的壓力等于物塊的重力G；t1到t2時間內(nèi)電流變大，說明電路的總電阻減小，壓敏電阻減小，說明壓力變大且大于G，則升降機加速上升，A錯誤、B正確；t2到t3時間內(nèi)電流不變，但是大于I0，說明壓敏電阻受不變的壓力(大于G)作用，故可

10、知升降機勻加速上升，D正確、C錯誤。 2. (多選)如圖所示，Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，R1為光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，為理想電壓表，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是(　　) A．熱敏電阻溫度升高，其他條件不變 B．熱敏電阻溫度降低，其他條件不變 C．光照增強，其他條件不變 D．光照減弱，其他條件不變 答案　BD 解析　電壓表示數(shù)變大，而R3為定值電阻，說明流經(jīng)R3的電流增大，由電路結(jié)構(gòu)可知，這可能是由于Rt減小或R1增大，由正溫度系數(shù)熱敏電阻和光敏電阻特性知，可能是由于溫度降低或光照減弱，故B、D正確，A、C錯誤。 3．(多選)如圖所示為

11、光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻。此光電計數(shù)器的基本工作原理是(　　) A．當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B．當(dāng)有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓 C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次 D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次 答案　AC 解析　當(dāng)光照射到光敏電阻R1上時，R1電阻減小，電路中電流增大，R2兩端電壓升高，信號處理系統(tǒng)得到高電壓；當(dāng)光照被物體擋住時，光敏電阻R1增大，電路中電流減小，R2兩端電壓降低，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，所以計數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計一個數(shù)，從而達到自動計數(shù)目的，由以上分析A、C正確。

12、 4. (2017·河南安陽一模)(多選)如圖所示，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，R1為定值電阻，R2為光敏電阻。光強增大時，R2的阻值減小，R3為滑動變阻器，平行板電容器與定值電阻R1并聯(lián)，閉合開關(guān)，下列判斷正確的是(　　) A．僅增加光照強度時，電容器所帶電荷量將減小 B．僅減弱光照強度時，電源的輸出功率一定減小 C．僅將滑動變阻器的滑片向上移動時，電容器貯存的電場能將減小 D．僅將滑動變阻器的滑片向下移動時，電源的效率將增大 答案　CD 解析　僅增加光照強度，則R2電阻變小，總電阻變小，總電流變大，電源內(nèi)阻分壓變大，路端電壓變小，則通過R3的電流變小，通過R1的電流變大，則R

13、1的分壓變大，電容器電壓變大，帶電荷量增加，A錯誤；僅減弱光照強度，R2電阻變大，電源的輸出功率由內(nèi)、外電阻關(guān)系決定，因其大小關(guān)系不確定，所以不能判斷電源輸出功率的變化，B錯誤；滑動變阻器的滑片向上移動時電阻減小，外電阻變小，路端電壓變小，則電容器的電壓變小，貯存的電場能減小，C正確；滑動變阻器的滑片向下移動時電阻增大，外電阻增大，路端電壓增大，則電源效率增大，D正確。 5．(2016·北京高考) 熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。圖為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知，這種熱敏電阻在溫度上升時導(dǎo)電能力________(選填“增強”或“減弱”)；相對金

14、屬熱電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的影響更________(選填“敏感”或“不敏感”)。 答案　增強　敏感 解析　由題圖可得出熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，隨著阻值減小導(dǎo)電能力增強。在變化相同的溫度時，熱敏電阻阻值變化量要大于金屬熱電阻，故熱敏電阻對溫度變化反應(yīng)更敏感。 6．如圖所示，圖甲為熱敏電阻的R-t圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100 Ω。 當(dāng)線圈的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E＝9.0 V，內(nèi)阻可以不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。則： (1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器

15、接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。 (2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50 ℃，可變電阻R′的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為________Ω。 答案　(1)A、B端　(2)260 解析　(1)恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)該接在A、B端。因為當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度降低時，熱敏電阻R阻值增大，線圈中的電流變小，繼電器的銜鐵松開，使A、B端電路導(dǎo)通，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高。 (2)隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當(dāng)線圈中的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸到下方來，使恒溫箱加熱器與電源斷開、加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低。隨著恒溫箱內(nèi)溫

16、度降低，熱敏電阻R的阻值變大，則線圈中的電流變小，當(dāng)線圈的電流小于20 mA時，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度。 要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50 ℃，即50 ℃時線圈內(nèi)的電流為20 mA。由閉合電路歐姆定律I＝，r為繼電器的電阻，即r＝100 Ω。由題圖甲可知，50 ℃時熱敏電阻的阻值R＝90 Ω，所以R′＝－R－r＝260 Ω。 7. 如圖所示，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內(nèi)；為毫安表，量程6 mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3 V，內(nèi)阻很??；R為電阻箱，最大阻值為999.9 Ω，S為開關(guān)。已知RT在95 ℃時的阻值為

17、150 Ω，在20 ℃時的阻值約為550 Ω?，F(xiàn)要求在降溫過程中測量在20 ℃～95 ℃之間的多個溫度下RT的阻值。 (1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖； (2)完成下列實驗步驟中的填空： a．依照實驗原理電路圖連線； b．調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT的溫度為95 ℃； c．將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)淖柚担员ＷC儀器安全； d．閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0，并記錄__________________； e．將RT的溫度降為T1(20 ℃

18、電阻的電阻值RT1＝____________； g．逐步降低T1的數(shù)值，直到20 ℃為止；在每一溫度下重復(fù)步驟e、f。 答案　(1)圖見解析' (2)d.電阻箱的讀數(shù)R0 'e.仍為I0'電阻箱的讀數(shù)R1' f．R0－R1＋150 Ω 解析　 (1)電阻箱的最大阻值與熱敏電阻的最大阻值相差不大，因此電阻箱應(yīng)與熱敏電阻串聯(lián)，電路圖如圖所示。 (2)本實驗原理是當(dāng)電路的兩種狀態(tài)的電流相等時，外電路的總電阻相等。RT的溫度為95 ℃和降為T1時對應(yīng)的電路的電阻相等，有150＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150 Ω。 8．(2016·全國卷Ⅰ)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警

19、系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器_______

20、_(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_____________________。 ②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至________________。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。 答案　(1)連線如圖所示　(2)R2　(3)①650.0　b　接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞?、赾　報警器開始報警 解析　(1)見答案。 (2)由R＝＝ Ω＝1800 Ω可知，滑動變阻器應(yīng)選R2。 (3)①電阻箱的電阻值應(yīng)調(diào)為熱敏電阻在60 ℃時的阻值，即650.0 Ω。滑動變阻器的滑片應(yīng)置于b端，使開關(guān)接通后回路中電流最小，以保護報警器，即防止因過載而損壞報警器。 ②應(yīng)將開關(guān)向c端閉合，然后對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。 13