高考物理核心高頻考點(diǎn)專題備考實(shí)驗(yàn)12 傳感器的簡單應(yīng)用（原卷版）

實(shí)驗(yàn)12傳感器的簡單應(yīng)用一、熱敏電阻的熱敏特性二、光敏電阻的光敏特性三、其它常見傳感器：酒精傳感器、力敏感傳感器、加速度傳感器、電流傳感器等【典例1】[熱敏電阻傳感器]如圖所示，圖甲為熱敏電阻的R?t圖像，圖乙為用此熱敏電阻和繼電器組成的一個(gè)簡單恒溫箱溫控電路．繼電器的電阻為300?Ω，當(dāng)線圈的電流大于或等于10?mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合．為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢E=9.0?V，內(nèi)阻不計(jì)．圖中的“加熱電源”是恒溫箱加熱器的電源．

(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在______________(填“A、B”或“C、D”)端；(2)若恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為50℃，可按照下列步驟調(diào)節(jié)溫控電路：①電路接通前，將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)節(jié)至最大，并將電阻箱調(diào)到一定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值應(yīng)為________Ω；②將單刀雙擲開關(guān)向___________(填“1”或“2”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至繼電器的銜鐵被吸合．③保持滑動(dòng)變阻器的位置不變，將單刀雙擲開關(guān)向另一端閉合，恒溫箱系統(tǒng)即可正常使用．此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為___________Ω．【典例2】[光敏電阻傳感器]大多數(shù)智能手機(jī)中都安裝有環(huán)境光線傳感器，以實(shí)現(xiàn)手機(jī)屏幕的自動(dòng)調(diào)光功能。光線傳感器的核心元件之一就是光敏電阻。某同學(xué)為了探究光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化關(guān)系，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。(1)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室找到了一個(gè)滿偏電流為Ig=100μA、內(nèi)阻Rg=100Ω的微安表，根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，需要將其改裝為量程為300mV的電壓表，則需串聯(lián)一個(gè)阻值為(2)該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的電路圖來探究光敏電阻的阻值RG隨光照強(qiáng)度的變化關(guān)系(圖中電源內(nèi)阻不計(jì))。連接好電路后，將改裝后的電表接在阻值為R0的定值電阻兩端，改變光源到光敏電阻的距離d，記錄微安表的示數(shù)I，利用獲得的數(shù)據(jù)，該同學(xué)得到了如圖2所示的?①請根據(jù)圖1所示的電路寫出光敏電阻的阻值RG隨微安表示數(shù)I變化的關(guān)系式RG=

(用E、I、R0?②由圖2可知，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的變化情況是

。(3)該同學(xué)保持光源到光敏電阻的距離不變，利用光強(qiáng)計(jì)和圖1電路直接測量光照強(qiáng)度(單位為勒克斯，符號為lx)和光敏電阻的阻值，5次測量的結(jié)果如表中所示。光照強(qiáng)度/lx0.20.40.60.81.0阻值/kΩ6321.2?①由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)光照強(qiáng)度為0.8lx時(shí)，光敏電阻的阻值為

kΩ;?②該同學(xué)利用該光敏電阻的特性和前面給出的電源E電阻R0，設(shè)計(jì)了如下所示的電路圖，以實(shí)現(xiàn)“當(dāng)光照強(qiáng)度增大時(shí)，小燈泡變暗，反之則變亮”的功能，不考慮小燈泡的電阻變化，則下列電路圖中符合要求的是

。

A.B.C.D.【典例3】[酒精電阻傳感器]現(xiàn)要組裝一個(gè)酒精測試儀，它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，此傳感器的電阻Rx隨酒精氣體濃度的變化而變化，規(guī)律如圖甲所示。目前國際公認(rèn)的酒駕標(biāo)準(zhǔn)是“0.2?mg/mL≤酒精氣體濃度<0.8?mg/mL”，醉駕標(biāo)準(zhǔn)是“酒精氣體濃度≥0.8?mg/mL提供的器材有：二氧化錫半導(dǎo)體型酒精傳感器R直流電源(電動(dòng)勢為4?V，內(nèi)阻不計(jì))一只電壓表(量程為3?V，內(nèi)阻非常大，作為濃度表使用)電阻箱(最大阻值為999.9?Ω)定值電阻R1(定值電阻R2(單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。

(1)在圖乙中完成待調(diào)節(jié)的酒精測試儀電路圖的連線。(2)電路中R應(yīng)選用定值電阻_________(填“R1”或“R2”(3)為便于識別，按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀：①電路接通前，先將電阻箱調(diào)為_________Ω，然后開關(guān)向_________(填“c”或“d”)端閉合，將電壓表此時(shí)指針對應(yīng)的刻度線標(biāo)記為0.2?mg/mL；②逐步減小電阻箱的阻值，電壓表的示數(shù)不斷變大。按照甲圖數(shù)據(jù)將電壓表上“電壓”刻度線標(biāo)為“酒精濃度”。此濃度表刻度線上對應(yīng)的濃度值是_________(填“均勻”或“非均勻”)變化的；③將開關(guān)向另一端閉合，測試儀即可正常使用。(4)使用一段時(shí)間后，由于電源的電動(dòng)勢略微變小，內(nèi)阻變大，其測量結(jié)果_________(填“偏大”“偏小”或“準(zhǔn)確”)。【典例4】[力敏感電阻傳感器]圖甲所示是大型機(jī)械廠里用來稱重的電子吊秤，其中稱重的關(guān)鍵元件是拉力傳感器，其工作原理是：掛鉤上掛上重物，拉力傳感器中拉力敏感電阻絲在拉力作用下發(fā)生形變，拉力敏感電阻絲的電阻也隨著發(fā)生變化，再經(jīng)過相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流)，從而完成將重物的重力變換為電信號的過程。

小明找到了一根拉力敏感電阻絲RL，其阻值隨拉力變化的圖象如圖乙所示，小明設(shè)計(jì)了合適的電路圖并按圖制成了一個(gè)簡易“吊秤”。

實(shí)驗(yàn)室提供了如下器材：電源E(電動(dòng)勢為15V，內(nèi)阻約2Ω)；靈敏毫安表(量程為10mA，內(nèi)阻約50Ω)；滑動(dòng)變阻器R(最大阻值為10kΩ)；RL接在A、B開關(guān)S和導(dǎo)線若干。(1)請?jiān)趫D丙中幫助小明將設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖補(bǔ)充完整________。

(2)小明根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路圖，連接好實(shí)驗(yàn)電路，完成下列操作：a.滑環(huán)下不吊重物時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電流表為某一合適示數(shù)時(shí)，讀出電流表的示數(shù)I1b.滑環(huán)下吊上待測重物，測出電阻絲與豎直方向的夾角為θ，保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，讀出此時(shí)電流表的示數(shù)I2設(shè)RL?F圖象的斜率為k，待測重物的重力G的表達(dá)式為G=_____________(用物理量的符號表示(3)小明在實(shí)驗(yàn)的過程中不慎將靈敏毫安表燒壞，現(xiàn)手頭只有量程為2mA、內(nèi)阻(標(biāo)稱值)為200Ω的電流表，還有定值電阻R1(50Ω)、定值電阻R2(10Ω)可供選擇，為了使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，小明決定改裝電流表，將2mA的量程擴(kuò)大至10mA，小明改裝的方法是電流表應(yīng)該和定值電阻________(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”)，且定值電阻應(yīng)選擇________(4)由于量程為2mA、內(nèi)阻為200Ω的電流表內(nèi)阻的真實(shí)值比標(biāo)稱值略大，導(dǎo)致改裝后的電流表示數(shù)與真實(shí)示數(shù)相比______(選填“偏大”或“偏小”)，應(yīng)該使選擇的定值電阻阻值適當(dāng)______(選填“增大”“減小”或“不變”)?！镜淅?】[加速度傳感器]加速度傳感器如圖甲所示．較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移，滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著；R為滑動(dòng)變阻器，4是滑動(dòng)片，它與電阻器任一端間的電阻值都與它到這端的距離成正比．工作時(shí)將框架固定在被測物體上，使彈簧及電阻R均與物體的運(yùn)動(dòng)方向平行．當(dāng)被測物體加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊將在彈簧的作用下，以同樣的加速度運(yùn)動(dòng)．通過電路中電壓表的讀數(shù)，可以得知加速度的大?。妷罕頌橹羔樖街绷麟妷罕?可視為理想電壓表)．(1)如圖，物塊處于靜止時(shí)，滑動(dòng)片4在MN的正中央，此時(shí)P、Q兩端電勢相等，電壓表零刻度在表盤中央(即可顯示正負(fù)電壓)，當(dāng)物體具有圖示方向的加速度a時(shí)，P端的電勢__________Q端的電勢(填“高于”或“低于”)，此時(shí)指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)．(2)若將電壓表的表盤換成直接表示加速度大小及方向的刻度盤，則表盤的刻度__________(填“均勻”、“非均勻”)分布．(3)電壓表是由靈敏電流計(jì)改裝而成，靈敏電流計(jì)表盤如圖乙所示．當(dāng)被測物體具有圖示方向大小1?m/s2的加速度時(shí)，滑動(dòng)片4從MN的中央向某側(cè)平移的距離為MN總長的1/6且滑動(dòng)片4在M或N端時(shí)，靈敏電流計(jì)示數(shù)最大，若將靈敏電流計(jì)的表盤換成直接表示加速度大小及方向的刻度盤，則靈敏電流計(jì)表盤上?20刻線處對應(yīng)的加速度為【典例6】[電流傳感器]電流傳感器可以像電流表一樣測量電流，不同的是反應(yīng)比較靈敏，且可以和計(jì)算機(jī)相連，能畫出電流與時(shí)間的變化圖象．圖甲是用電流傳感器觀察充、放電過程的實(shí)驗(yàn)電路圖，圖中電源電壓為U=6V．先使開關(guān)S與1接通，待充電完成后，把開關(guān)S再與2接通，電容器通過電阻放電，電流傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，顯示出電流隨時(shí)間變化的I?t圖象如圖乙所示．根據(jù)圖象估算出電容器全部放電過程中釋放的電荷量為q=________C，該電容器電容計(jì)算公式為________，電容大小為________μF(結(jié)果保留整數(shù))．【點(diǎn)對點(diǎn)01】如圖是電熨斗溫度自動(dòng)控制裝置．

(1)常溫時(shí)，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是________(分離，接觸)

(2)雙金屬片溫度升高時(shí)，________層形變大(上、下)

(3)假設(shè)原來溫度上升到80℃時(shí)斷開電源，現(xiàn)要60℃時(shí)斷開電源，應(yīng)向________調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕((4)電容式傳感器是用來將非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置．由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，如圖所示是四個(gè)電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個(gè)傳感器的作用，下列說法正確的是_________

A.甲圖的傳感器可以用來測量角度

B.C.丙圖的傳感器可以用來測量壓力

D.【點(diǎn)對點(diǎn)02】現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)要求熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60°C時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警．提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會報(bào)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(jì))，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1000Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2000Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干．在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報(bào)警器的電流超過20mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，在60°C時(shí)阻值為650.0Ω．(1)在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線．

(2)在電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器________(填“R1”或“R2”)．

(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為______Ω；滑動(dòng)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(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至【點(diǎn)對點(diǎn)03】傳感器在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科技中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，如圖甲是一個(gè)壓力傳感器設(shè)計(jì)電路，要求從表盤上直接讀出壓力大小，其中R1是保護(hù)電阻，R2是調(diào)零電阻(總電阻100Ω)，理想電流表量程為10mA，電源電動(dòng)勢E=3V(內(nèi)阻不計(jì))，壓敏電阻的阻值R與所受壓力大小F的對應(yīng)關(guān)系如圖乙所示。

(1)有三個(gè)規(guī)格的保護(hù)電阻，R1應(yīng)選哪一個(gè)______。

A.25ΩB.250ΩC.2500Ω

(2)選取、安裝保護(hù)電阻后，要對壓力傳感器進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零電阻R2應(yīng)調(diào)為______Ω。

(3)現(xiàn)對表盤進(jìn)行重新賦值。原3mA刻度線應(yīng)標(biāo)注______N。

(4)由于電池老化，電動(dòng)勢降為2.8V，傳感器壓力讀數(shù)會出現(xiàn)偏差，如果某次使用時(shí)，先調(diào)零、后測量，讀出壓力為1200N，此時(shí)電流大小為______mA，實(shí)際壓力大小為______N【點(diǎn)對點(diǎn)04】某學(xué)校的科技小組在一次創(chuàng)新大賽中利用所學(xué)物理知識設(shè)計(jì)了一種“闖紅燈違規(guī)證據(jù)模擬記錄器”，其工作原理如圖甲所示，當(dāng)光控開關(guān)接收到某種顏色光時(shí)，開關(guān)自動(dòng)閉合，且車輛經(jīng)過的路面下的壓敏電阻受到車的壓力，其阻值隨壓力變化如圖乙所示，當(dāng)壓力變化引起的電流變化達(dá)到一定值時(shí)，繼電器的銜鐵就被吸下，電路中的電控照相機(jī)就啟動(dòng)，記錄下違規(guī)車輛實(shí)況．光控開關(guān)未受到該種光照射時(shí)自動(dòng)斷開，銜鐵不被吸引，工作電路中的指示燈發(fā)光．(1)要記錄違規(guī)闖紅燈的情景，光控開關(guān)應(yīng)在接收到________(填“紅”“綠”或“黃”)光時(shí)自動(dòng)閉合．(2)已知控制電路電源電動(dòng)勢為6?V，內(nèi)阻為2?Ω，繼電器的線圈電阻為8?Ω，當(dāng)控制電路中的電流大于0.06?A時(shí)，銜鐵會被吸下．則只有質(zhì)量超過________kg的車輛違規(guī)時(shí)才會被記錄．(重力加速度g取10?m/【點(diǎn)對點(diǎn)05】某興趣小組為了研制一臺“電子秤”，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換傳感器，該傳感器的輸出電壓正比于受壓面的正壓力，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，先調(diào)節(jié)傳感器輸入端的電壓(要求從零開始調(diào)節(jié))，使力電轉(zhuǎn)換傳感器在空載時(shí)的輸出電壓為零，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．(1)如圖所示，E為直流電源，S為開關(guān)，R為滑動(dòng)變阻器，?為電壓表，在圖中用筆畫線代替導(dǎo)線連接成實(shí)驗(yàn)電路圖．(2)若將質(zhì)量為m?0的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換傳感器的受壓面上，電壓表的示數(shù)為U?0；然后取下砝碼，再將待測物體放在力電轉(zhuǎn)換傳感器的受壓面上，電壓表的示數(shù)為U【點(diǎn)對點(diǎn)06】半導(dǎo)體型呼氣酒精測試儀采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器。如圖甲所示是該測試儀的原理圖。圖中R1為定值電阻，酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小。

(1)駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大，電壓表的讀數(shù)越________(填“大”或“小”)。(2)如圖乙所示為酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度變化的關(guān)系曲線。則酒精氣體濃度為0時(shí)R2的阻值為________Ω。若某司機(jī)呼氣酒精濃度為120?mg/m3，此時(shí)此時(shí)R2的阻值為________(3)現(xiàn)有一個(gè)電源，電動(dòng)勢為4.8?V，內(nèi)阻為1?Ω；電壓表V量程為5?V，內(nèi)阻很大；定值電阻R1的阻值為60?Ω；導(dǎo)線若干。按圖甲所示電路圖把電壓表改裝成酒精濃度表，則酒精氣體濃度為0的刻度線應(yīng)刻在電壓刻度線為________V處；酒精氣體濃度為50?mg/m3應(yīng)刻在電壓刻度線為【點(diǎn)對點(diǎn)07】電流傳感器可以像電流表一樣測量電流，它與計(jì)算機(jī)相連，能在幾秒內(nèi)畫出電流隨時(shí)間變化的圖象。小明按照圖甲連接電路。先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電。然后把開關(guān)S擲向2端，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I?t曲線如圖乙所示，已知他使用的電源電動(dòng)勢E=8V。

(1)小明在圖中畫了一個(gè)豎立的狹長矩形(在圖乙的最左邊)，它的面積si的物理意義是________；

(2)據(jù)此可估算出電容器的電容C=________F；(保留兩位有效數(shù)字)

(3)如果要測繪充電時(shí)的I?t圖象，請?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出相應(yīng)的電路圖，并在丙圖I?t曲線上畫出曲線的大致形狀?！军c(diǎn)對點(diǎn)08】半導(dǎo)體型呼氣酒精測試儀采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器。如圖甲所示是該測試儀的原理圖。圖中R1為定值電阻，酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小。

(1)駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大，電壓表的讀數(shù)越________(填“大”或“小”)。(2)如圖乙所示為酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度變化的關(guān)系曲線。則酒精氣體濃度為0時(shí)R2的阻值為________Ω。若某司機(jī)呼氣酒精濃度為120?mg/m3，此時(shí)此時(shí)R2的阻值為________Ω。

(3)現(xiàn)有一個(gè)電源，電動(dòng)勢為4.8?V，內(nèi)阻為1?Ω；電壓表V量程為5?V，內(nèi)阻很大；定值電阻R1的阻值為60?Ω；導(dǎo)線若干。按圖甲所示電路圖把電壓表改裝成酒精濃度表，則酒精氣體濃度為0的刻度線應(yīng)刻在電壓刻度線為________V處；酒精氣體濃度為50?mg/【點(diǎn)對點(diǎn)09】光傳感器是一種傳感裝置，在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用，主要應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的光敏電阻，某實(shí)驗(yàn)小組用光敏電阻做實(shí)驗(yàn)：(光敏電阻光照越強(qiáng)電阻越小)

(1)為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強(qiáng)光照射時(shí)電阻的大小關(guān)系，用圖甲所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出兩種U?I圖線如圖乙所示．根據(jù)U?I圖線可知正常光照射時(shí)光敏電阻阻值為__________Ω，強(qiáng)光源照射時(shí)電阻為__________Ω．(2)若實(shí)驗(yàn)中所用電壓表的內(nèi)阻約為7?kΩ，毫安表的內(nèi)阻約為300?Ω，考慮到電表內(nèi)阻對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，此實(shí)驗(yàn)中_________(填“正常光照射時(shí)”或“強(qiáng)光照射時(shí)”)測得的電阻誤差較大．若