高考物理一輪復習第11章交變電流傳感器實驗12傳感器的簡單應用教師用書.docx

實驗十二傳感器的簡單應用 一、實驗目的1認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性2了解傳感器的簡單應用二、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等考點一| 熱敏電阻的原理及應用母題某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性現(xiàn)有器材：直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關和導線等(1)若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請你在圖實121的實物圖上連線圖實121(2)實驗的主要步驟：正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調節(jié)并記錄電源輸出的電流值；在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關，_，_，斷開開關；重復第步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù)(3)實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得圖實122所示的Rt關系圖線，請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的Rt關系式：R_t()圖實122【解析】(3)根據(jù)R就可求出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并據(jù)此繪得Rt圖線在圖線上取兩點，當t110 時，R1104 ，當t260 時，R2124 ，Rt圖線的斜率為0.4；將圖線延長，圖線交于原點，說明t0 時的電阻為100 ，故Rt關系式為R1000.4t()【答案】(1)如圖所示(2)讀取溫度計示數(shù)讀取電壓表示數(shù)(3)1000.4借題悟法核心點撥1.考查實驗原理及連線第(1)問(1)根據(jù)實驗要求進行連線(2)電壓表應直接并聯(lián)在待測熱敏電阻兩側(3)連線時注意電流的流向.2.考查實驗步驟第(2)問(1)實驗過程中應逐步升溫，待溫度穩(wěn)定后再讀數(shù)(2)實驗時應測多組數(shù)據(jù)，以減小實驗誤差.3.考查識圖能力和數(shù)據(jù)處理方法第(3)問(1)根據(jù)R求出不同溫度下熱敏電阻的阻值(2)由Rt關系圖線找出R與t的函數(shù)關系式(3)本實驗的主要誤差來源于溫度計和電壓表的讀數(shù).母題遷移1(2017貴陽模擬)圖實123為用電源、電磁繼電器、滑動變阻器、綠燈泡、小電鈴、半導體熱敏電阻、開關、導線等組成的一個高溫報警器電路圖，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警，則圖中的甲、乙、丙分別是()圖實123A小電鈴、半導體熱敏電阻、綠燈泡B半導體熱敏電阻、小電鈴、綠燈泡C綠燈泡、小電鈴、半導體熱敏電阻D半導體、熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴B根據(jù)要求，在常溫下熱敏電阻甲阻值較大，電磁鐵磁性較弱，不能將銜鐵吸下，此時綠燈所在電路接通，綠燈亮，所以丙為是綠燈；溫度升高，熱敏電阻阻值較小，控制電路電流增大時，電磁鐵磁性增大，將銜鐵吸下，丙電路斷開，乙電路接通電鈴響，所以乙為小電鈴；由以上的分析可知，甲是半導體熱敏電阻故選B.2(2016全國乙卷)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(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 )，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1 000 )，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 )，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 .(1)完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線圖實124(2)電路中應選用滑動變阻器_(填“R1”或“R2”)(3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng)：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_；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_.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【解析】(1)電路圖連接如圖(2)報警器開始報警時，對整個回路有UIc (R滑R熱)代入數(shù)據(jù)可得R滑1 150.0 ，因此滑動變阻器應選擇R2.(3)在調節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應為報警器報警時熱敏電阻的阻值，即為650.0 .滑動變阻器在電路中為限流接法，滑片應置于b端附近，若置于另一端a時，閉合開關，則電路中的電流I A27.7 mA，超過報警器最大電流20 mA，報警器可能損壞開關應先向c端閉合，移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警為止【答案】(1)連線如解析圖所示(2) R2(3)650.0b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c報警器開始報警考點二| 光敏電阻的應用母題為了節(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)某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖圖實125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圖實125(2)如圖實126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)圖實126提供的器材：光敏電阻RP(符號阻值見上表)；直流電源E(電動勢3 V，內阻不計)；定值電阻：R110 k，R220 k，R340 k(限選其中之一并在圖中標出)；開關S及導線若干【解析】(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標系中描點連線，得到如圖所示的變化曲線由圖可知光敏電阻阻值隨照度變化的特點：光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減小(2)因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，此時光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 V，電源電動勢為3 V，故應加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10 k，即選用R1.此電路的原理圖如圖所示借題悟法核心點撥1.考查描點作圖的方法和分析圖象的能力第(1)問(1)描繪圖象時，各點應均勻分布在圖線兩側，且圖線應是平滑的曲線，而不應成為連接各點的折線.(2)根據(jù)所描繪圖象，會分析電阻阻值如何隨光照強度的變化而變化.2.考查實驗電路的設計能力第(2)問(1)要結合題目所給條件及所給圖象的數(shù)據(jù)進行分析設計.(2)通過分析可確定RP應接在1、2之間.(3)選擇定值電阻，根據(jù)圖線讀出光照強度在1.0 lx時的光敏電阻的阻值為20 k，光敏電阻分壓為2 V，則串聯(lián)定值電阻R分壓1 V，其阻值應為10 k.母題遷移1(多選)(2017蘭州模擬)某溫度檢測、光電控制加熱裝置原理如圖實127所示圖中RT為熱敏電阻(隨溫度升高，阻值減小)，用來探測加熱電阻絲R的溫度，RG為光敏電阻(隨光照強度增大，阻值減小)，接收小燈泡L的光照，除RT、RG外，其他電阻均為定值電阻當R處溫度升高時() 【導學號：92492395】圖實127AL變亮BR3的電流減小CE2的路端電壓增大DR的功率減小AD當R處溫度升高時，RT阻值變小，小燈泡L的光照強度增大，RG阻值變小，通過R2的電流變大，E2的路端電壓變小，R兩端電壓變小，通過的電流也變小，功率變小，通過R3的電流變大，選項A、D正確，B、C錯誤2為了節(jié)能環(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照度的變化而發(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)(1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如表中所示，根據(jù)表中已知數(shù)據(jù)，在如圖實128所示坐標系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線由圖象可求出照度為1.0 lx時的電阻約為_k.圖實128照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/k5.83.72.82.31.8(2)如圖實129所示是街道路燈自動控制模擬電路，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電為達到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應接在_(填“AB”或“BC”)之間，請用筆畫線代替導線，正確連接電路元件圖實129(3)用多用電表“10 ”檔，按正確步驟測量圖中電磁鐵線圈電阻時，指針示數(shù)如圖實1210所示，則線圈的電阻為_.已知當線圈中的電流大于或等于2 mA時，繼電器的銜鐵將被吸合圖中直流電源的電動勢E6 V，內阻忽略不計，滑動變阻器有三種規(guī)格可供選擇：R1(010 ，2 A)、R2(0200 ，1 A)、R3(01 750 ，1 A)要求天色漸暗照度降低至1.0 lx時點亮路燈，滑動變阻器應選擇_(填“R1”“R2”或“R3”). 為使天色更暗時才點亮路燈，應適當?shù)豞(填“增大”或“減小”)滑動變阻器的電阻圖實1210【解析】(1)由描點繪出的圖象可以找出照度為1.0 lx時光敏電阻的阻值為2.0 k；(2)電源與開關、滑動變阻器、光敏電阻和電磁鐵串聯(lián)起來當受光照作用較強時，光敏電阻阻值較小，通過電磁鐵的電流較大，對銜鐵磁力增大，與觸點C接通，此時應使路燈不亮，故路燈應接在AB之間；(3)多用電表讀數(shù)為14，乘以倍率“10”，故線圈電阻為140 .由閉合電路歐姆定律可知，電路總電阻達到3 k時，電路接通，故滑動變阻器電阻應與光敏電阻同一數(shù)量級，故滑動變阻器選擇R3.天色更暗，光敏電阻阻值增大，為使路燈此時點亮，則滑動變阻器電阻應減小【答案】(1)2.0(誤差允許范圍內均對)(2)AB接線圖如圖所示(3)140R3減小考點三| 傳感器在實際中的應用母題(2017湖北省部分重點高中聯(lián)考)利用傳感器可以探測、感受外界的信號、物理條件等圖實1211甲所示為某同學用傳感器做實驗得到的小燈泡的UI關系圖線甲乙(1)實驗室提供的器材有：電流傳感器、電壓傳感器、滑動變阻器A(阻值范圍010 )、滑動變阻器B(阻值范圍0100 )、電動勢為6 V的電源(不計內阻)、小燈泡、開關、導線若干該同學做實驗時，滑動變阻器選用的是_(選填“A”或“B”)；請在圖實1211乙的方框中畫出該實驗的電路圖丙圖實1211(2)如果將該小燈泡接入圖實1211丙所示的電路中，已知電流傳感器的示數(shù)為0.3 A，電源電動勢為3 V則此時小燈泡的電功率為_W，電源的內阻為_.【答案】(1)A實驗電路圖如圖所示(2)0.69(0.660.72均可)2.33(2.002.67均可)借題悟法核心點撥1.考查實驗器材的創(chuàng)新題干部分(1)用電壓傳感器、電流傳感器替代電壓表和電流表.(2)能快速、準確取得實驗數(shù)據(jù)，及時地把圖象呈現(xiàn)在電腦屏幕上.2.考查滑動變阻器及分壓、限流電路的選擇第(1)問(1)根據(jù)實驗原理，本實驗應采用分壓電路.(2)為便于調節(jié)，滑動變阻器應選擇A.3.考查實驗數(shù)據(jù)的處理第(2)問(1)利用小燈泡的UI圖象(甲)結合電流傳感器的示數(shù)讀出丙中小燈泡的電壓值.(2)利用閉合電路歐姆定律計算電源的內電阻.母題遷移1(多選)(2017恩施模擬)工業(yè)生產(chǎn)中需要物料配比的地方常用“吊斗式”電子秤，圖實1212甲所示的是“吊斗式”電子秤的結構圖，其中實現(xiàn)稱質量的關鍵性元件是拉力傳感器拉力傳感器的內部電路如圖實1212丙所示，R1、R2、R3是定值電阻，R120 k，R210 k，R0是對拉力敏感的應變片電阻，其電阻值隨拉力變化的圖象如圖乙所示，已知料斗重1103 N，沒裝料時Uba0，g取10 m/s2.下列說法中正確的是() 【導學號：92492396】 甲乙 丙圖實1212AR3阻值為40 kB裝料時，R0的阻值逐漸變大，Uba的值逐漸變小C拉力越大應變片電阻阻值也變大，Uba傳感器的示數(shù)也變大D應變片作用是把物體形變這個力學量轉換為電壓這個電學量AC沒裝料時，根據(jù)串并聯(lián)電路規(guī)律可得R1兩端的電壓為：UR1128 V；從RF圖中可得，沒裝料時，料斗重1103 N，此時R020 k，所以R3兩端的電壓為UR312，因為此時Uba0，說明R1兩端的電壓和R3兩端的電壓相等，即8 V，解得R340 k，A正確；裝料時，由于R1所在支路電流恒定，所以a點的電勢恒定，而R3所在支路中R0逐漸增大，該支路電流減小，R3兩端的電壓減小，即b的電勢升高，所以Uba逐漸增大，B錯誤，C正確；應變片作用是把拉力這個力學量轉換為電壓這個電學量，D錯誤；故選A、C.2.傳感器是把非電學量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉換成電學量的變化的一種元件，在自動控制中有著相當廣泛的應用有一種測量人的體重的電子秤，其測量部分的原理圖如圖實1213中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)和顯示體重大小的儀表A (實質是理想電流表)組成壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1107 Pa，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系如表所示設踏板和壓桿的質量可以忽略不計，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 V，g取