2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 實(shí)驗(yàn)十二 傳感器的簡(jiǎn)單使用學(xué)案.doc

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實(shí)驗(yàn)十二　傳感器的簡(jiǎn)單使用 板塊一　主干梳理夯實(shí)基礎(chǔ) 1 ◆　實(shí)驗(yàn)步驟 1．按下圖連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 2．把多用電表置于“歐姆”擋，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒有水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)。 3．向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值。 4．將熱水分幾次注入燒杯中，測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄。 ◆　數(shù)據(jù)處理 1．根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度、電阻值填入表中，分析熱敏電阻的特性。 2．在坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線，如圖所示。 3．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和Rt圖線，得出結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。 2 ◆　實(shí)驗(yàn)步驟 1．將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋。 2．先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。 3．打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 4．用手掌(或黑紙)遮光，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 ◆　數(shù)據(jù)處理 把記錄的結(jié)果填入表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。 光照強(qiáng)度 弱 中 強(qiáng) 無光照射 阻值/Ω 結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大。 ◆　誤差分析 1．溫度計(jì)讀數(shù)帶來的誤差，可以選用精度高的溫度計(jì)讀數(shù)三次取平均值。 2．歐姆表的讀數(shù)帶來的誤差，可以對(duì)同一溫度、同一光照強(qiáng)度下的電阻讀數(shù)三次取平均值。 ◆　注意事項(xiàng) 1．在做熱敏電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫和電阻值。 2．光敏電阻實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將光敏電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的強(qiáng)度。 3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 板塊二　考點(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu)　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考點(diǎn)1熱敏電阻的應(yīng)用 例1　熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測(cè)熱敏電阻的阻值約4～5 Ω。將熱敏電阻和溫度計(jì)插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3 V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1 Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5 kΩ)、滑動(dòng)變阻器(0～20 Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干。 (1)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。 (2)根據(jù)電路圖，在上圖所示的實(shí)物圖上連線。 (3)簡(jiǎn)要寫出完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟。 嘗試解答　(1)圖見解析__(2)如圖所示 (3)完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟：①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計(jì)穩(wěn)定時(shí)讀出溫度計(jì)值；②調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，快速測(cè)出幾組電壓表和電流表的值；③重復(fù)①和②，測(cè)量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測(cè)量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線。 (1)常溫下待測(cè)熱敏電阻的阻值(約4～5 Ω)較小，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，應(yīng)該選用電流表外接法。題目中要求特性曲線盡可能完整，應(yīng)使熱敏電阻兩端的電壓由零逐漸增大，滑動(dòng)變阻器選用分壓式。所以電路圖如圖。 (2)按電路圖，實(shí)物連線見嘗試解答。 (3)①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計(jì)穩(wěn)定時(shí)讀出溫度計(jì)值；②調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，快速測(cè)出幾組電壓表和電流表的值；③重復(fù)①和②，測(cè)量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測(cè)量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線。 　溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性工作的。如圖甲所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝9.0 V，內(nèi)電阻不計(jì)；G為靈敏電流計(jì)，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20 ℃時(shí)，電流計(jì)示數(shù)I1＝2 mA；當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)I2＝3.6 mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是________℃。 答案　120 解析　從題圖乙查得t＝20 ℃時(shí)，R的阻值為4 kΩ 由E＝I1(R＋Rg)得 Rg＝－R＝kΩ－4 kΩ＝0.5 kΩ 當(dāng)I2＝3.6 mA時(shí)，設(shè)熱敏電阻的阻值為R′，則 R′＝－Rg＝kΩ－0.5 kΩ＝2 kΩ 從題圖乙查得此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度t2＝120 ℃。 考點(diǎn)2光敏電阻傳感器的應(yīng)用 例2　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)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而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻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 電阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D甲給定的坐標(biāo)系中描繪出光敏電阻阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。 (2)如圖乙所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)啟動(dòng)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(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響)提供的器材如下： 光敏電阻RP(符號(hào)，阻值見圖表) 直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì))； 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。 嘗試解答　(1)光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如下圖所示，光敏電阻的阻值隨光的照度的增大非線性減小。 (2)電路原理圖見下圖。 (1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)連線，得到如嘗試解答所示的變化曲線。 阻值隨照度變化的特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光的照度的增大非線性減小。 (2)因天色漸暗照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，此時(shí)光敏電阻阻值為20 kΩ，兩端電壓為2 V，電源電動(dòng)勢(shì)為3 V，故應(yīng)加上一個(gè)分壓電阻，分壓電阻阻值為10 kΩ，即選用R1；此電路的原理圖見嘗試解答。 　[2016南京質(zhì)檢]A、B兩塊正對(duì)的金屬板豎直放置，在金屬板A的內(nèi)側(cè)表面系一絕緣細(xì)線，細(xì)線下端系一帶電小球。兩塊金屬板接在如圖所示的電路中，電路中的R1為光敏電阻，R2為滑動(dòng)變阻器，R3為定值電阻。當(dāng)R2的滑片P在a端時(shí)閉合開關(guān)S，此時(shí)電流表A和電壓表V的示數(shù)分別為I和U，帶電小球靜止時(shí)絕緣細(xì)線與金屬板A的夾角為θ，電源電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r一定。則以下說法正確的是(　　) A．若將R2的滑片P向b端移動(dòng)，則I不變，U增大 B．保持滑片P不動(dòng)，用更強(qiáng)的光照射R1，則I增大，U增大 C．保持滑片P不動(dòng)，用更強(qiáng)的光照射R1，則小球重新達(dá)到穩(wěn)定后θ變大 D．保持滑片P不動(dòng)，用更強(qiáng)的光照射R1，則U的變化量的絕對(duì)值與I的變化量的絕對(duì)值的比值不變 答案　D 解析　由題中電路圖看出，電壓表V測(cè)量的是路端電壓大小，電路穩(wěn)定時(shí)R2支路中無電流，R2兩端電壓為零，將R2的滑片向b端移動(dòng)不會(huì)影響電壓表V和電流表A的讀數(shù)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。兩極板A、B之間的電壓等于光敏電阻R1兩端的電壓，用更強(qiáng)的光照射R1，R1的阻值變小，電路電流I變大，路端電壓U變小，R3兩端電壓變大，R1兩端電壓變小，則小球重新達(dá)到穩(wěn)定后θ變小，故選項(xiàng)B、C均錯(cuò)誤。設(shè)強(qiáng)光照射R1前電壓表V和電流表A的示數(shù)分別為U1、I1，強(qiáng)光照射R1后電壓表V和電流表A的示數(shù)分別為U2、I2，則E＝U1＋I(xiàn)1r，E＝U2＋I(xiàn)2r，解得r＝＝，可見，選項(xiàng)D正確。 考點(diǎn)3傳感器在日常生活中的應(yīng)用 例3　某學(xué)生為了測(cè)量一物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)。如圖所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)，開關(guān)及導(dǎo)線若干，待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。 (1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，畫出完整的測(cè)量電路圖。 (2)簡(jiǎn)要說明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m。 嘗試解答　(1)設(shè)計(jì)電路如圖所示 (2)測(cè)量步驟如下： ①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零； ②將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓U0； ③將待測(cè)物體放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓U1； ④因?yàn)閁0＝km0g，U1＝kmg，所以可求m＝。 本題是傳感器的應(yīng)用問題，考查實(shí)驗(yàn)與探究能力，完成簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個(gè)全新的儀器，但它與其他所有的測(cè)量?jī)x器一樣，要有一個(gè)“調(diào)零”的過程。仔細(xì)審題，題目中有很多重要的暗示，挖掘這些信息即是我們解決問題的關(guān)鍵。“測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U”，“該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)”所以輸出電壓U＝kmg。題目要求“力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大”，這就暗示我們滑動(dòng)變阻器必須使用分壓式，有了設(shè)計(jì)電路才可以進(jìn)行測(cè)量步驟。 　如圖所示為一測(cè)定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h的變化情況為(　　) A．h正在增大 B．h正在減小 C．h不變 D．無法確定 答案　B 解析　由電源極性及電流方向可知，A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小，據(jù)C＝，電容C在減小，可知正對(duì)面積S減小，即h在減小，故選項(xiàng)B正確。