2021高考物理（全国版）一轮复习教师用书：专题十二考点3　实验：传感器的简单使用 WORD版含答案.docx

1、 考点3实验:传感器的简单使用 419考向探究热敏特性实验2018全国,23,10分某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 80 范围内某热敏电阻的温度特性.所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 时的阻值)为900.0 ;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表(量程150 mV);定值电阻R0(阻值 20.0 ),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 );电阻箱R2(阻值范围0999.9 );单刀开关S1,单刀双掷开关S2.实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至 80.0 .将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一

2、值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数.逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 .实验得到的R2-t数据见下表.t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题:(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到(填“a”或“b”)端;(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线; 图(a)(3)由图(b)可得到RT在25 80 范围内的温度特性.当t=

3、44.0 时,可得RT=;(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为,则手心温度为.必备知识:欧姆定律,热敏特性,电路连接及仪器使用、读数的基本方法.关键能力:等效替代思想方法的掌握和使用能力、作图能力.解题指导:做实验时,首先保证电路安全,因此,合上开关S1之前,R1、R2都要置于阻值最大处.利用等效法测出不同温度下热敏电阻的阻值.利用描点法作出R2-t图线,找出电阻值对应的温度.考法1 对热敏电阻的特性应用的考查12017江苏高考,11,10分某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图1所示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当

4、继电器的电流超过15 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.继电器的电阻约20 ,热敏电阻的阻值Rt 与温度t的关系如下表所示. t/30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1 (1)提供的实验器材有:电源E1(3 V,内阻不计)、电源E2(6 V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999. 9 )、开关S、导线若干. 为使该装置实现对3080 之间任一温度的控制,电源E应选用(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用(选填“R1”或“R2”).

5、(2)实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图2所示的选择开关旋至(选填“A”“B”“C”或“D”). (3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查.在图1中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时指针(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针(选填“偏转”或“不偏转”).(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是.(填写各步骤前的序号) 将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关,将电阻箱从电路中移除合上开关,调节滑动变阻器的阻值断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 (1)如果电源

6、用E1,则在t=30 时电路中的最大电流Im=3199.5+20 A13.67 mA15 mA,故不能实现对此温度的控制,因此电源应选用E2;为了在t=80 时实现对温度的控制,设滑动变阻器阻值的最大值至少为R,则6VR+20+49.1=0.015 A,解得R=330.9 ,因此滑动变阻器应选用R2.(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障,应将选择开关旋至C.(3)如果只有b、c间断路,说明b点与电源的负极间没有形成通路,a、b间的电压为零,表笔接在a、b间时,指针不偏转;c点与电源的负极间形成通路,a与电源的正极相通,a、c间有电压,因此两表笔接入a、c间时指针发生偏转.(4)排除故障后,欲

7、使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合,应先断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,并将阻值调至108.1 ,合上开关,调节滑动变阻器的阻值,直至观察到继电器的衔铁被吸合,这时断开开关,将电阻箱从电路中移除,将热敏电阻接入电路.因此操作步骤的正确顺序是.(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)1.2016全国,23,10分现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时,系统报警.提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 ),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 ),滑动变阻器R

8、2(最大阻值为2 000 ),单刀双掷开关一个,导线若干.在室温下对系统进行调节.已知U约为18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 时阻值为650.0 .(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线.(2)电路中应选用滑动变阻器(填“R1”或“R2”).(3)按照下列步骤调节此报警系统:电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为;滑动变阻器的滑片应置于(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是.将开关向(填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至.(4)保持滑动变阻器滑片

9、的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用.考法2 对光敏电阻的特性应用的考查2为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据,请在图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点.图甲(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个

10、简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)图乙提供的器材如下:光敏电阻RP(符号);直流电源E(电动势3 V,内阻不计);定值电阻R1=10 k,R2=20 k,R3=40 k(限选其中之一,并在图中标出);开关S,导线若干.(1)如图(a)所示阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小.(2)如图(b)所示2.2019全国,23,10分某小组利用图(a)所示的电路,研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系,图中和为理想电压表;R为滑动变阻器,R0为定值电阻(

11、阻值100 );S为开关,E为电源.实验中二极管置于控温炉内,控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出.图(b)是该小组在恒定电流为50.0 A时得到的某硅二极管U-t关系曲线.回答下列问题:图(a)图(b)(1)实验中,为保证流过二极管的电流为50.0 A,应调节滑动变阻器R,使电压表的示数为U1=mV;根据图(b)可知,当控温炉内的温度t升高时,硅二极管正向电阻(填“变大”或“变小”),电压表示数(填“增大”或“减小”),此时应将R的滑片向(填“A”或“B”)端移动,以使示数仍为U1.(2)由图(b)可以看出U与t呈线性关系.硅二极管可以作为测温传感器,该硅二极管的测温灵敏度为Ut=10

12、-3 V/(保留2位有效数字).科学创新利用传感器设计自动控制电路的方法3某兴趣小组为了研制一台“电子秤”,找到一个力电转换传感器,该传感器的输出电压正比于受压面的正压力,实验操作时,先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节),使力电转换传感器在空载时的输出电压为零,而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压.(1)如图所示,E为直流电源,S为开关,R为滑动变阻器,V为电压表,在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图.(2)若将质量为m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上,电压表的示数为U0;然后取下砝码,再将待测物体放在力电转换传感器的受压面上,电压表的示数为U,则待测物

13、体的质量m=.(1)要求力电转换传感器的输入电压可从零开始调节,所以滑动变阻器采用分压式接法,电路图如图所示.(2)分析可知,U0=km0,U=km,得m=UU0m0.(1)图见解析(2)UU0m0感悟反思(1)不论什么传感器,都是将有关信号先转换成电信号,再进入显示器或控制执行机构执行命令.(2)有关传感器的题目往往同电路问题联系密切,解题时经常用到欧姆定律.3.2019山东济南高三质量评估如图甲为某磁敏电阻在室温下的特性曲线,其中RB表示有磁场时磁敏电阻的阻值,R0表示无磁场时磁敏电阻的阻值.为测量某磁场的磁感应强度B,需先测量磁敏电阻处于该磁场中的阻值.(1)某同学首先测量待测磁场中磁敏

14、电阻的阻值,利用下面提供的器材,请将图乙中的导线补充完整.提供的器材如下:A.磁敏电阻(无磁场时阻值R0=140 )B.滑动变阻器R(全电阻约20 )C.电流表A(量程2.5 mA,内阻RA=100 )D.电压表V(量程3 V,内阻约3 k)E.直流电源E(电动势3 V,内阻不计)F.开关S,导线若干(2)正确接线后.测量数据如表中所示,请利用表中数据在图丙中描点作图.123456U/V0.000.450.911.501.792.71I/mA0.000.300.601.001.201.80(3)根据U-I图象尽可能准确地求出磁敏电阻的阻值RB=,结合图甲可知待测磁场的磁感应强度B=T.365考

15、点3实验:传感器的简单使用(1)b(2)如图(3)450(4)620.033.0解析:(1)题图(a)的电路中滑动变阻器采用限流接法,在闭合S1前,R1应该调节到接入电路部分的阻值最大的状态,使电路中电流最小,即题图(a)中R1的滑片应移到b端.(2)将t=60 和t=70 对应的两组数据画在坐标图上,然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2-t曲线.(3)根据题述实验过程可知,测量的R2的数据等于对应的热敏电阻RT的阻值.由画出的R2-t曲线可知,当t=44.0 时,对应的RT=450 .(4)由画出的R2-t曲线可知,当RT=620.0 时,对应的手心温度t=33.0 .【易错警示】解答此

16、题的常见错误:一是没有掌握滑动变阻器的滑片在分压接法和限流接法两种情况下在开关闭合前的位置;二是没有认真阅读题述的实验过程,不能把电阻箱R2的读数与热敏电阻阻值联系起来.1.(1)见解析(2)R2(3)650.0b若置于a端,接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏c报警器开始报警解析:(1)根据题述可知,应该采用滑动变阻器的限流接法,连接的电路如图所示.(2)根据题述可知,流过报警器的工作电流超过10 mA时,报警器就会报警,可知滑动变阻器的最大阻值至少为R=UIc=181010-3 =1 800 ,因此在电路中应选用最大阻值为2 000 的滑动变阻器R2.(3)电路接通

17、前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为热敏电阻在60 时的阻值650.0 ;滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处,即b端附近,不能置于另一端的原因是若置于a端,则闭合开关后,报警器中电流将大于20 mA,报警器可能损坏.将开关向 c端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警.2.(1)5.00变小增大B(2)2.8解析:(1)实验中硅二极管与定值电阻R0串联,由欧姆定律可知,定值电阻两端电压U1=IR0=50.0 A100 =5.00 mV;由图(b)可知,当控温炉内温度升高时,硅二极管两端电压减小,又图(b)对应的电流恒为50.0 A,可知硅二极管的正向电阻

18、变小,由“串反”规律可知,定值电阻R0两端电压增大,即电压表示数增大,应增大滑动变阻器接入电路的阻值以减小电路中的电流,从而使电压表示数保持不变,故应将R的滑片向B端移动.(2)由图(b)可知|Ut|=0.44-0.3080-30 V/ =2.810-3 V/.3.(1)如图1所示(2)如图2所示(3)1.41031.2图1图2解析:(1)由于滑动变阻器的最大阻值小于待测电阻的阻值,因此滑动变阻器应采用分压接法,由于电流表的内阻已知,为了减小实验误差,电流表应采用内接法.(2)将表格中的实验数据描绘在图象中,并用直线连接,使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧.(3)U-I图象中,图象的斜率大小为磁敏电阻的阻值和电流表内阻之和,则RB=3.02.010-3 -100 =1.4103 ,则RBR0=10,待测磁场的磁感应强度B=1.2 T.