2020高考物理一輪復(fù)習學案實驗十二傳感器的簡單使用

實驗十二傳感器的簡單使用主干梳理對點激活1．按圖連接好電路，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?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值，并記下溫度計的示數(shù)。3．向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值。4．將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄。1．根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測量到的溫度、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)實驗數(shù)據(jù)和R－t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。1．將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器按如圖所示電路連接好，其中多用電表置于“歐姆”擋。2．先測出在室內(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。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。光照強度弱中強無光照射阻值/Ω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。1．溫度計讀數(shù)帶來的誤差，可以選用精度高的溫度計讀數(shù)三次取平均值。2．歐姆表的讀數(shù)帶來的誤差，可以對同一溫度、同一光照強度下的電阻讀數(shù)三次取平均值。1．在做熱敏電阻實驗時，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，并同時讀出水溫和電阻值。2．光敏電阻實驗中，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度。3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零?？键c細研悟法培優(yōu)考點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。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4～5Ω。將熱敏電阻和溫度計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(3V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5kΩ)、滑動變阻器(0～20Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干。(1)畫出實驗電路圖。(2)根據(jù)電路圖，在上圖所示的實物圖上連線。(3)簡要寫出完成接線后的主要實驗步驟。嘗試解答(1)圖見解析__(2)如圖所示(3)完成接線后的主要實驗步驟：①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計穩(wěn)定時讀出溫度計值；②調(diào)節(jié)滑動變阻器，快速測出幾組電壓表和電流表的值；③重復(fù)①和②，測量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線。(1)常溫下待測熱敏電阻的阻值(約4～5Ω)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，滑動變阻器選用分壓式。所以電路圖如圖。(2)按電路圖，實物連線見嘗試解答。(3)①往保溫杯里加一些熱水，待溫度計穩(wěn)定時讀出溫度計值；②調(diào)節(jié)滑動變阻器，快速測出幾組電壓表和電流表的值；③重復(fù)①和②，測量不同溫度下的數(shù)據(jù)；④繪出各測量溫度下的熱敏電阻的伏安特性曲線。[變式1]利用負溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高。(1)如果將負溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變________(填“大”或“小”)。(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度。如果刻度盤正中的溫度為20℃(如圖甲所示)，則25℃的刻度應(yīng)在20℃的刻度的________(填“左”或“(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計一個電路。答案(1)小(2)右(3)圖見解析解析(1)因為負溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時，電阻增大，故電路中電流會減小。(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25℃的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20(3)如圖所示?？键c2光敏電阻的應(yīng)用例2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/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖甲給定的坐標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。(2)如圖乙所示，當1、2兩端所加電壓上升至2V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，要求當天色漸暗照度降低至1.0lx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，阻值見圖表)直流電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標出)；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)，在坐標紙上描點連線，得到如嘗試解答所示的變化曲線。阻值隨照度變化的特點：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1.0lx時啟動照明系統(tǒng)，此時光敏電阻阻值為20kΩ，兩端電壓為2V，電源電動勢為3V，故應(yīng)加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10kΩ，即選用R1；此電路的原理圖見嘗試解答。[變式2]為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強光照射時電阻的大小關(guān)系，某同學用如圖甲所示的電路進行實驗，得出兩種U－I圖線，如圖乙所示。(1)根據(jù)U－I圖線可知正常光照射時光敏電阻的阻值為________Ω，強光照射時電阻為________Ω。(2)若實驗中所用電壓表的內(nèi)阻約為5kΩ，毫安表的內(nèi)阻約為100Ω，考慮到電表內(nèi)阻對實驗結(jié)果的影響，此實驗中________(填“正常光照射時”或“強光照射時”)測得的電阻誤差較大。若測量這種光照下的電阻，則需將實物圖中毫安表的連接方式采用________(填“內(nèi)接”或“外接”)法進行實驗，實驗結(jié)果較為準確。答案(1)3000200(2)強光照射時外接解析(1)光敏電阻的阻值隨光照的增強而減小，結(jié)合圖乙知正常光照射時R1＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(2.4V,0.8×10－3A)＝3000Ω，強光照射時R2＝eq\f(U2,I2)＝eq\f(0.8V,4.0×10－3A)＝200Ω。(2)實驗電路采用的是毫安表內(nèi)接法，測得的結(jié)果比真實值偏大，當待測電阻遠大于毫安表電阻時實驗誤差較小，所以強光照射時誤差較大；強光照射時采用毫安表外接法實驗結(jié)果較為準確。考點3其他傳感器的應(yīng)用例3某學生為了測量一物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(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，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，開關(guān)及導(dǎo)線若干，待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。(1)設(shè)計一個電路，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，畫出完整的測量電路圖。(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m。嘗試解答(1)設(shè)計電路如圖所示(2)測量步驟如下：①調(diào)節(jié)滑動變阻器，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將待測物體放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓U1；④因為U0＝km0g，U1＝kmg，所以可求出k＝eq\f(U0,m0g)，m＝eq\f(m0U1,U0)。本題是傳感器的應(yīng)用問題，考查實驗與探究能力，完成簡單的實驗設(shè)計。力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個全新的儀器，但它與其他所有的測量儀器一樣，要有一個“調(diào)零”的過程。仔細審題，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?！皽y量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(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”，這就暗示我們滑動變阻器必須使用分壓式，有了設(shè)計電路才可以進行測量步驟。[變式3]如圖所示為一測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＝eq\f(Q,U)，電容C在減小，可知正對面積S減小，即h在減小，故選項B正確。高考模擬隨堂集訓1．(2018·全國卷Ⅰ)某實驗小組利用如圖a所示的電路探究在25℃～80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標稱值(25℃時的阻值)為900.0Ω；電源E(6V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表(量程150mV)；定值電阻R0(阻值20.0Ω)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～999.9Ω)；單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S實驗時，先按圖a連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃。將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開S1，記下此時R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0℃。實驗得到的R2－t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列問題：(1)在閉合S1前，圖a中R1的滑片應(yīng)移動到________(填“a”或“b”)端；(2)在圖b的坐標紙上補齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點，并作出R2－t曲線；(3)由圖b可得到RT在25℃～80℃范圍內(nèi)的溫度特性。當t＝44.0℃時，可得(4)將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖c所示，該讀數(shù)為________Ω，則手心溫度為________℃。答案(1)b(2)見解析圖(3)450(4)620.033.0解析(1)圖a的電路滑動變阻器采用限流接法，在閉合S1前，R1應(yīng)該調(diào)節(jié)到接入電路部分的電阻值最大，使電路中電流最小，即圖a中的R1的滑片應(yīng)移到b端。(2)將t＝60℃和t＝70℃對應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)對應(yīng)畫在坐標圖上，然后用平滑曲線過盡可能多的數(shù)據(jù)點畫出R2－(3)根據(jù)題述實驗過程可知，測量的R2數(shù)據(jù)等于熱敏電阻RT對應(yīng)溫度的電阻值。由畫出的R2－t圖象可知，當t＝44.0℃時，對應(yīng)的RT(4)由畫出的R2－t圖象可知，RT＝620.0Ω，則手心溫度t＝33.0℃2．(2016·北京高考)熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。如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”)；相對金屬熱電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的響應(yīng)更________(選填“敏感”或“不敏感”)。答案增強敏感解析由題圖可知，熱敏電阻在溫度上升時，阻值下降，故其導(dǎo)電能力增強；相對金屬熱電阻而言，熱敏電阻在溫度變化時，阻值變化明顯，故對溫度更敏感。3．(2016·全國卷Ⅰ)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(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999.9Ω)，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1000Ω)，滑動變阻器R2在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18V，Ic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60℃(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________(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)①650.0b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報警器開始報警解析(1)見答案。(2)由R＝eq\f(U,Ic)＝eq\f(18,10×10－3)Ω＝1800Ω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650.0Ω?；瑒幼冏杵鞯幕瑧?yīng)置于b②應(yīng)將開關(guān)向c端閉合，然后對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。4.(2017·江蘇高考)某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置，實驗原理電路圖如圖1所示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當繼電器的電流超過15mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的實驗器材有：電源E1(3V，內(nèi)阻不計)、電源E2(6V，內(nèi)阻不計)、滑動變阻器R1(0～200Ω)、滑動變阻器R2(0～500Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。為使該裝置實現(xiàn)對30℃～80℃之間任一溫度的控制，電源E應(yīng)選用________(選填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應(yīng)選用________(選填“R1”或“R2(2)實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學為排查電路故障，用多用電表測量各接點間的電壓，則應(yīng)將如圖2所示的選擇開關(guān)旋至________(選填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上開關(guān)S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查。在圖1中，若只有b、c間斷路，則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入a、c時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)。(4)排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃①將熱敏電阻接入電路②觀察到繼電器的銜鐵被吸合③斷開開關(guān)，將電阻箱從電路中移除④合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值⑤斷開開關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1Ω答案(1)E2R2(2)C(3)不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)(4)⑤④②③①解析(1)若實現(xiàn)對30℃繼電器和Rt的電壓U＝0.015×(20＋199.5)V≈3.29V因此符合要求的電源應(yīng)選E2。若實現(xiàn)對80℃對全電路有E＝I(R繼＋Rt＋R)即6V＝0.015A×(20Ω＋49.1Ω＋R解得R＝330.9Ω。因此滑動變阻器應(yīng)選R2。(2)用多用電表測量直流電壓時，選擇開關(guān)應(yīng)旋至C(直流電壓擋)。(3)a、b間電壓為0，指針不偏轉(zhuǎn)。接入a、c時，多用電表與電源等構(gòu)成回路，指針偏轉(zhuǎn)。(4)連接電路時，先用電阻箱代替熱敏電阻，調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值，銜鐵被吸合時，調(diào)節(jié)完畢，移除電阻箱換為熱敏電阻即可，正確的順序為⑤④②③①。5．(2018·鄭州模擬)電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9V的電源上，光敏電阻阻值隨光強變化關(guān)系如表所示：光強E/cd12345電阻值/Ω18963.6[“