2019版高考物理總復習 實驗創(chuàng)新增分 專題十二 傳感器簡單使用學案

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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零。 考點1　基礎實驗 [例1]　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)。光控開關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1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內完成電路原理圖。(不考慮控制開關對所設計電路的影響) 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出)；開關S及導線若干。 解析　(1)描繪圖象應注意：各點均勻分布在圖線兩側，且圖線應用平滑曲線，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)電阻的正比分壓關系，E＝3 V，當照度降低至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，滑動變阻器調節(jié)到某一定值，實驗中觀察到當溫度升高時燈更亮，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)某同學要研究一質地均勻、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)該同學利用以下實驗器材設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．開關一個，帶夾的導線若干 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?、趫D見解析 該題考查游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)，實驗儀器的選擇、實驗電路的設計和實物連接，在電路設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，與傳感器有關的實驗大都可以利用常規(guī)電學實驗的思路來解題。 (多選)如圖所示的電路中，當半導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．半導體材料溫度升高時，導電性能變差 D．半導體材料溫度升高時，導電性能變好 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，半導體材料導電性能變好，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，有位同學設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，升降機靜止，電流表示數(shù)I0，則(　　) A．t1到t2時間內升降機勻速上升 B．t1到t2時間內升降機加速上升 C．t2到t3時間內升降機勻速上升 D．t2到t3時間內升降機勻加速上升 答案　BD 解析　0到t1時間內，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，由電路結構可知，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．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓 B．當有光照射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，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、外電阻關系決定，因其大小關系不確定，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，內阻可以不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。則： (1)應該把恒溫箱內的加熱器

15、接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。 (2)如果要使恒溫箱內的溫度保持50 ℃，可變電阻R′的阻值應調節(jié)為________Ω。 答案　(1)A、B端　(2)260 解析　(1)恒溫箱內的加熱器應該接在A、B端。因為當恒溫箱內的溫度降低時，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端電路導通，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內溫度升高。 (2)隨著恒溫箱內溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當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，恒溫箱內溫度降低。隨著恒溫箱內溫

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保持在某一溫度。 要使恒溫箱內的溫度保持50 ℃，即50 ℃時線圈內的電流為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；為毫安表，量程6 mA，內阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3 V，內阻很?。籖為電阻箱，最大阻值為999.9 Ω，S為開關。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．調節(jié)控溫容器M內的溫度，使得RT的溫度為95 ℃； c．將電阻箱調到適當?shù)淖柚?，以保證儀器安全； d．閉合開關，調節(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，因此電阻箱應與熱敏電阻串聯(lián)，電路圖如圖所示。 (2)本實驗原理是當電路的兩種狀態(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)，單刀雙擲開關一個，導線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調節(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)完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應選用滑動變阻器_______

20、_(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_____________________。 ②將開關向________(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，滑動變阻器應選R2。 (3)①電阻箱的電阻值應調為熱敏電阻在60 ℃時的阻值，即650.0 Ω?；瑒幼冏杵鞯幕瑧糜赽端，使開關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應將開關向c端閉合，然后對系統(tǒng)進行調節(jié)。 13