2022年物理第一輪復(fù)習題庫實驗十二 傳感器的簡單使用

實驗十二傳感器的簡單使用

實驗基礎(chǔ)梳理緊抓教材夯實基礎(chǔ)

1.研究熱敏電阻的熱敏特性

裝置及器材操作要領(lǐng)

(1)絕緣：熱敏電阻要絕緣處理。

(2)適當：“歐姆”擋要選擇適當?shù)谋堵省?/p>

多用電表(3)調(diào)零：要先進行歐姆調(diào)零再測量。

溫度計一一(4)等待：加開水后要等一會兒再測阻值，以使

<

---NTC熱

二和〃敏電阻

燒杯一型、熱水或電阻溫度與水的溫度相同。

1=__3_涼水

(5)重新調(diào)零：歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。

(6)記錄：記下溫度計的示數(shù)和多用電表測出的

熱敏電阻的阻值。

2.研究光敏電阻的光敏特性

裝置及器材操作要領(lǐng)

⑴連接：按圖示電路連接好。

⑵選擋：多用電表置于“X100”擋。

滑動變阻器小燈泡(3)調(diào)零：要先進行歐姆調(diào)零再測量。

們、導(dǎo)線

如

(4)遮光：用手掌(或黑紙)遮光，改變照射到光敏

光敏電阻多用電表電阻上的光的多少。

(5)重新調(diào)零：歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。

(6)記錄：記下不同光照強度下光敏電阻的阻值。

數(shù)據(jù)處理

(1)研究熱敏電阻的熱敏特性

①在Rr—f坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。

②結(jié)論：半導(dǎo)體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)研究光敏電阻的光敏特性

①根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。

②結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強電阻變小，光照減弱電

阻變大。

誤差分析

（1）溫度計讀數(shù)帶來誤差。

（2）多用電表讀數(shù)帶來誤差。

（3）熱敏電阻與水溫不同帶來誤差。

（4）作Rr—r圖象時的不規(guī)范易造成誤差。

澳酚熱點突破I實險熱點各個擊破

1教材原型實驗

命題角度《＞溫度傳感器的應(yīng)用

【例1】（2016?全國I卷，23）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60C時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，

報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過時就會報警），電阻箱（最大阻值為999.9Q）,

直流電源（輸出電壓為U,內(nèi)阻不計），滑動變阻器R（最大阻值為1000。），滑動

變阻器&（最大阻值為2000Q）,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。約為18V,4約為10mA；流過報警器的電

流超過20mA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

60C時阻值為650.0Q。

⑴在圖1中完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。

滑動變阻器

熱敏電阻

（2）電路中應(yīng)選用滑動變阻器（填“Hi"或'&”）。

（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

C；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于（填%”或》"）端附近，不能置于

另一端的原因是

②將開關(guān)向（填“C"或""，）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。

解析（1）電路圖如答案圖。

（2）（7=18V,通過報警器的電流10mAW/,W20mA,故電路中總電阻R=9,即

900QWRW1800Q,故滑動變阻器選

（3）熱敏電阻為650.0Q時，報警器開始報警，電阻箱的阻值也應(yīng)為650.0Q,實

驗調(diào)試時，將開關(guān)置于c端，緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器，直到報警器開始報警。為防

止通過報警器電流過大，造成報警器燒壞，應(yīng)使滑動變阻器的滑片置于。端。

答案（1）如圖所示

_|,____

電源l—TI—

滑動變阻器

--------5s——I

熱敏電阻

（2）/?2

⑶①650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20mA,報警器可能損壞

②c報警器開始報警

拓展訓練1某實驗小組進行“探究熱敏電阻的溫度特性”實驗，實驗室提供如

下器材:

熱敏電阻R（常溫下約8kC）、溫度計、電流表A（量程1mA,內(nèi)阻約200Q）、電

壓表V（量程3V,內(nèi)阻約10kC）、電池組E（電動勢為4.5V,內(nèi)阻約1。）、滑

動變阻器R（最大阻值為20Q）、開關(guān)S、導(dǎo)線若干、燒杯和水。

甲乙

圖2

(1)根據(jù)實驗所提供的器材，設(shè)計實驗電路，畫在圖2甲所示的方框中。

(2)圖乙是實驗器材的實物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，請根據(jù)你所設(shè)計的實驗

電路，補充完成實物間的連線。

(3)閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑動觸頭「應(yīng)置于(填為”或"")端。

⑷實驗小組利用正確連接的實驗裝置測量出不同溫度下的電阻值，畫出該熱敏

電阻的陽一/圖象如圖3中的實測曲線，與圖中理論曲線相比二者有一定的差異。

除了偶然誤差外，關(guān)于產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因或減小系統(tǒng)誤差的方法，下列說法中

正確的是()

圖3

A.電流表的分壓造成電阻的測量值總比真實值大

B.電壓表的分流造成電阻的測量值總比真實值小

C.溫度升高到一定值后，電流表宜采用外接法

D.溫度升高到一定值后，電流表宜采用內(nèi)接法

解析(1)本實驗中要探究熱敏電阻的溫度特性曲線，故滑動變阻器采用分壓接

法，同時熱敏電阻阻值較大，故應(yīng)采用電流表內(nèi)接法；實驗電路圖如圖中所示

(2)根據(jù)電路圖連接實物圖，如圖乙所示。

(3)因當滑動觸頭置于。端時待測電路電壓或電流為零，從而保護電流表，故答

案為a。

(4)由于電流表內(nèi)接，電流表的分壓使電壓表讀數(shù)大于熱敏電阻兩端的電壓，故A

正確；當溫度升高到一定值后，電阻變小，則電流表應(yīng)選用外接法，故C正確。

答案(1)見解析圖甲(2)見解析圖乙(3)?(4)AC

拓展訓練2如圖4所示，圖甲為熱敏電阻的A-f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100Q。當線圈的電

流大于或等于20mA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=9.0V,內(nèi)阻不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。

o5()16()150~~次---------------1電源|------------

甲乙

圖4

(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在_______(填“A、B端”或“C、。端”)。

⑵如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50℃,可變電阻R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為

________Qo

解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。當線圈中的電流較小時，繼電器的銜

鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高。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，當線圈的電流大于或

等于20mA時，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則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20mA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)的溫度保持在50°C,即50°C時線圈內(nèi)的電流為20mA。由

閉合電路歐姆定律//?為繼電器的電阻。由題圖甲可知，時熱

r+R+R50c

E

敏電阻的阻值為90Q,所以R=7—(r+R)=260C。

答案(1)A、B端(2)260

命題角度?光電傳感器的應(yīng)用

【例2】小明同學為了測定某太陽能硅光電池組的電動勢和內(nèi)阻，設(shè)計了如圖5

所示的電路，在一定光照條件下進行實驗：

圖5

(1)請根據(jù)圖5完成圖6中實物的連線。

硅

光

電

池

組

圖6

(2)將測量出來的數(shù)據(jù)記錄在下表中，其中第4組數(shù)據(jù)的電壓如圖7所示，則此

時電壓為Vo

圖7圖8

12345678

UN1.771.751.701.541.271.000.50

7/gA1230486068768086

⑶將這些數(shù)據(jù)在圖8中描點,第4組數(shù)據(jù)還未描出。

a.請在圖8中描出第4組數(shù)據(jù)的點，作出該硅光電池組的U-/圖線。

b.由U—/圖線知，該硅光電池組的電動勢七=V,電池組的內(nèi)阻隨其輸出

電流的變化而改變，在電流為80NA時，該電池組的內(nèi)阻「=kQ(保

留3位有效數(shù)字)。

解析(1)根據(jù)電路圖連接實物電路圖，實物電路圖如圖甲所示。

⑵由表中實驗數(shù)據(jù)可知電壓表最大測量值為1.77V,則電壓表量程為3V,由圖

7所示電壓表可知，其分度值為0.1V,示數(shù)為1.65Vo

(3)a.把第四組數(shù)據(jù)標在坐標系內(nèi)，根據(jù)坐標系內(nèi)描出的點作出圖象如圖乙所示:

甲

b.由圖線可知，該硅光電池組的電動勢E=1.80V

在電流為80HA時，由表格數(shù)據(jù)得到路端電壓為1.00V,根據(jù)閉合電路歐姆定律

,E-U1.80-1.00.

E=U+lr,M#r=-r-=Q=1.0X104Q=10.0kQ

/QoUnZvX1iUn6o

答案(1)所連的實物圖見解析圖甲(2)1.65(3)a.該硅光電池組的U-/圖線如

圖乙b.1.8010.0

拓展訓練3為了節(jié)能環(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9

甲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1.0lx時

的電阻約為kQo

照度/1X0.20.40.60.81.01.2

電阻/kC5.83.72.82.31.8

⑵如圖乙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(yīng)接在

.(選填“A3”或“水巧之間，請用筆畫線代替導(dǎo)線，正確連接電路元件。

R/k。

0.2().40.6().81.01.2

照度Zlx

甲

乙

⑶用多用電表“X10Q”擋，按正確步驟測量圖中電磁鐵線圈電阻時，指針示

數(shù)如圖丙所示，則線圈的電阻為

已知當線圈中的電流大于或等于2mA時，繼電器的銜鐵將被吸合。圖中直流電

源的電動勢E=6V,內(nèi)阻忽略不計，滑動變阻器有三種規(guī)格可供選擇：尺(0?

10Q,2A)、&(0?200Q,1A)、&(0?1750Q,1A)。要求天色漸暗照度降低

至1.01X時點亮路燈，滑動變阻器應(yīng)選擇(選填“幻”“心”或“我3”)。為使

天色更暗時才點亮路燈，應(yīng)適當?shù)?選填“增大”或“減小”)滑動變阻

器的電阻。

圖9

解析（1）由描點繪出的圖象可以找出照度為l.Olx時光敏電阻的阻值為2.0kQ。

（2）電源與開關(guān)、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，與下觸點接

通，此時應(yīng)使路燈不亮，故路燈應(yīng)接在A3之間。

（3）多用電表讀數(shù)為14,乘以倍率“X10”，故線圈電阻為140Qo由閉合電路

歐姆定律可知，電路總電阻達到3kC時，電路接通，故滑動變阻器接入電路的

電阻應(yīng)為R滑入=3000C—2000Q—140Q=860Q,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(yīng)減小。

答案（1）20（誤差允許范圍內(nèi)均對）（2）48接線圖如圖所示

(3)140R3減小

執(zhí)占

實驗拓展創(chuàng)新力學傳感器的理解及應(yīng)用

1.傳感器的一般應(yīng)用模式：由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件和轉(zhuǎn)換電路三個部分組成，通

過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換成電信號，通過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分

析處理。（如圖10所示）

圖10

2.工作過程：敏感元件將感受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量的量，如下。

非電學物理量|一|敏感元件|一|轉(zhuǎn)換器件|一|轉(zhuǎn)換電路|一場錦一

輸出

【例3］材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”，利用這種

效應(yīng)可以測量壓力大小。若圖11甲為某壓敏電阻在室溫下的電阻一壓力特性曲

線，其中RF、Ho分別表示有、無壓力時壓敏電阻的阻值。為了測量壓力F,需

先測量壓敏電阻處于壓力中的電阻值RF.請按要求完成下列實驗。

圖II

⑴設(shè)計一個可以測量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框中

畫出實驗電路原理圖（壓敏電阻及所給壓力已給出，待測壓力大小約為0.4X

102N-0.8X102N,不考慮壓力對電路其他部分的影響），要求誤差較小，提供

的器材如下：

A.壓敏電阻，無壓力時阻值Ro=6OOOQ

B.滑動變阻器R,全電阻阻值約200Q

C.電流表A,量程2.5mA,內(nèi)阻約30Q

D.電壓表V,量程3V,內(nèi)阻約3k。

E.直流電源E,電動勢3V,內(nèi)阻很小

F.開關(guān)S,導(dǎo)線若干

（2）正確接線后，將壓敏電阻置于待測壓力下，通過壓敏電阻的電流是1.33mA,

電壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為Vo

⑶此時壓敏電阻的阻值為Q；結(jié)合圖甲可知待測壓力的大小F=

No（計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

解析（1）根據(jù)題述對實驗電路的要求，應(yīng)該采用分壓式接法、電流表內(nèi)接的電

路，原理圖如圖所示。

<Y>

壓敏電阻廠——

⑵根據(jù)電壓表讀數(shù)規(guī)則，電壓表讀數(shù)為2.00V。

（3）由歐姆定律知此時壓敏電阻的限值為7?f=7^1.5X103Q,興=4,由題圖甲

可知，對應(yīng)的待測壓力F=60N。

答案（1）見解析圖（2）2.00（3）1.5X10360

拓展訓練4某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變，其電阻率也要發(fā)生變化，

這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”?，F(xiàn)用如

圖12所示的電路研究某長薄板電阻心的壓阻效應(yīng)，已知R