2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實驗增分 專題12 傳感器的簡單使用學(xué)案

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1、 實驗十二　傳感器的簡單使用 考綱要求 考情分析 命題趨勢 知道什么是傳感器；知道光敏電阻和熱敏電阻的特性、作用；了解各種傳感器的工作原理. 2017·江蘇卷，11 2016·北京卷，21(1) 高考對本實驗的考查主要側(cè)重于以下二個方面： 1．傳感器的性能的理解；2.涉及傳感器應(yīng)用的電路設(shè)計或?qū)σ种齐娐返睦斫鈶?yīng)用 知識梳理·夯實基礎(chǔ) 一、研究熱敏電阻的熱敏特性 二、研究光敏電阻的光敏特性 三、注意事項 1．在做熱敏實驗時，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． 2．光敏實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入

2、帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少． 3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零． 核心考點·分層突破 考點1　溫度傳感器 [例1](2017·江蘇卷)某同學(xué)通過實驗制作一個簡易的溫控裝置，實驗原理電路圖如圖甲所示，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(dāng)繼電器的電流超過15 mA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20 Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示. t/°C 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.

3、1 (1)提供的實驗器材有：電源E1(3 V，內(nèi)阻不計)、電源E2(6 V，內(nèi)阻不計)、滑動變阻器R1(0～200 Ω)、滑動變阻器R2(0～500 Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9 Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干． 為使該裝置實現(xiàn)對30～80 °C之間任一溫度的控制，電源E應(yīng)選用__E2__(選填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應(yīng)選用__R2__(選填“R1”或“R2”)． 　 (2)實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作，某同學(xué)為排查電路故障，用多用電表測量各接點間的電壓，則應(yīng)將如圖乙所示的選擇開關(guān)旋至__C__(選填“A”“B”“C”或“D”)． (3)合上并關(guān)S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)

4、行排查．在圖甲中，若只有b、c間斷路，則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針__不偏轉(zhuǎn)__(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入a、c時指針__偏轉(zhuǎn)__(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 ℃時被吸合，下列操作步驟的正確順序是__⑤④②③①__(填寫各步驟前的序號)． 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108.1 Ω 解析　(1)因通過繼電器的電流超過15 mA時加熱器停止加熱，為使該裝置實現(xiàn)對30～80 ℃之間任一溫度的控制，要求

5、電路在30～80 ℃之間的任一溫度下的電流能通過調(diào)節(jié)達(dá)到15 mA．當(dāng)控制到30 ℃時，電路的最小阻值為Rmin＝199.5 Ω＋20 Ω＝219.5 Ω，要使電流達(dá)到15 mA，則所需電源的電動勢至少為Emin＝IRmin＝3.29 V，故電源只能選用電動勢為6 V的E2.為使溫度控制在80 ℃，則在6 V電源下電路中的電流能達(dá)到15 mA，故此時滑動變阻器接入電路中的阻值為R＝－(R1＋R繼)＝ Ω－49.1 Ω－20 Ω＝330.9 Ω，故滑動變阻器應(yīng)選用R2． (2)由于是用多用電表測直流電壓，且電源電動勢為6 V，故應(yīng)選擇直流電壓10 V擋． (3)若只有b、c間斷路，電路中無電

6、流，a、b間電壓為0，a、c間電壓等于電源電壓，故表筆接入a、b時指針不偏轉(zhuǎn)，接入a、c時指針偏轉(zhuǎn)，且示數(shù)等于電源電動勢． (4)欲使銜鐵在50 ℃時被吸合，則要求溫度達(dá)到50 ℃時電路中電流達(dá)到15 mA，而此時熱敏電阻的阻值為108.1 Ω.為確定滑動變阻器應(yīng)接入電路中的阻值，先將電阻箱調(diào)到108.1 Ω并替代熱敏電阻接入電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器使銜鐵恰好被吸合，然后再保持滑動變阻器滑片位置不動，將熱敏電阻再替換回電阻箱即可，故合理的順序應(yīng)為⑤④②③①． 考點2　光電傳感器 [例2]為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強(qiáng)光照射時電阻的大小關(guān)系，某同學(xué)用如圖甲所示的電路進(jìn)行實驗，得出兩種

7、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__3_000__Ω，強(qiáng)光照射時電阻為__200__Ω； (2)若實驗中所用電壓表的內(nèi)阻約為5 kΩ，毫安表的內(nèi)阻約為100 Ω，考慮到電表內(nèi)阻對實驗結(jié)果的影響，此實驗中__強(qiáng)光照射時__(選填“正常光照射時”或“強(qiáng)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__外接__(選填“內(nèi)接”或“外接”)法進(jìn)行實驗，實驗結(jié)果較為準(zhǔn)確． 解析　(1)光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小，結(jié)合圖乙知正常光照射時R1＝＝＝3 000 Ω，強(qiáng)光射時R2＝＝＝200 Ω；(2)實驗電

8、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(dāng)待測電阻遠(yuǎn)大于毫安表電阻時實驗誤差較小，所以強(qiáng)光照射時誤差較大；強(qiáng)光照射時采用毫安表外接法實驗結(jié)果較為準(zhǔn)確． 考點3　力傳感器 [例3]傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件，在自動控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)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(zhì)是理想電流表)組成．壓力傳感器表面能承受的最大壓強(qiáng)為1×107 Pa，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如表所示．設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以

9、忽略不計，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 V，取g＝10 m/s2． 請作答： 壓力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 … 電壓R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 … (1)該秤零點(即踏板空載時)的刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤__1.6×10－2__A處； (2)如果某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤的示數(shù)為20 mA，這個人的質(zhì)量是__50__kg． 解析　(1)由題表格知，踏板空載時，壓力傳感器的電阻R＝300 Ω，此時?中電流I＝＝ A＝1.6×10－2 A．(2)當(dāng)電

10、流I′＝20 mA＝2×10－2 A時，壓力傳感器的電阻R′＝＝ Ω＝240 Ω，由表格可知，這個人受到的重力為500 N，此人質(zhì)量為50 kg． 考點4　電容式傳感器 [例4]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(　B　) A．h正在增大　　　　　 B．h正在減小 C．h不變 D．無法確定 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＝，電容C在減小，可知正對面積S

11、減小，即h在減?。蔬x項B正確． 對應(yīng)演練·遷移運(yùn)用 1．(多選)如圖所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(　ABC　) A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2中電流減小 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 解析　當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，電壓表的示數(shù)增大，選項A正確，D錯誤；由路端電壓減小、R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓減小，則R2中電流減小，故選項B正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故選項C正確

12、． 2．(多選)利用光敏電阻制作的光傳感器，記錄了傳送帶上工件的輸送情況，如圖甲所示為某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器，光傳感器B能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光，每當(dāng)工件擋住A發(fā)出的光時，光傳感器就輸出一個電信號，并在屏幕上顯示出電信號與時間的關(guān)系，如圖乙所示．若傳送帶始終勻速運(yùn)動，每兩個工件間的距離為0.2 m，則下列說法正確的是(　BC　) A．傳送帶運(yùn)動的速度是0.1 m/s B．傳送帶運(yùn)動的速度是0.2 m/s C．該傳送帶每小時輸送3 600個工件 D．該傳送帶每小時輸送7 200個工件 解析　從乙圖可以知道，每間隔1秒的時間光傳感器就輸出一個電信號，而在這一段時間內(nèi)傳送

13、帶運(yùn)動了兩個工件之間的距離，所以傳送帶運(yùn)動的速度是v＝ m/s＝0.2 m/s，故選項A錯誤，B正確；傳送帶每小時傳送的距離為s＝vt＝0.2×3 600 m，工件個數(shù)為n＝＝3 600個，選項C正確，D錯誤． 3．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的．如圖甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動勢E＝9.0 V，內(nèi)阻不計，G為靈敏電流表，其內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖乙所示，閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20 ℃時，電流表示數(shù)I1＝2 mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6 mA時，熱敏電阻的溫度是(　D　) A

14、．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃ 解析　由題中圖乙知，溫度為20℃時，R的阻值R1＝4 kΩ.由歐姆定律知E＝I1(R1＋Rg)，E＝I2(R2＋Rg)，兩式聯(lián)立，解得R2＝2 kΩ，由圖乙中查得此時溫度為120℃，選項D正確． 4．壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷小車運(yùn)動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球．小車向右做直線運(yùn)動過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是(　D　) A．從t1到t2時間內(nèi)，小車一定做勻速直線運(yùn)動 B．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動 C．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動 D．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動 解析　在0～t1內(nèi)，I恒定，壓敏電阻阻值不變，由重球的受力不變可知，小車可能做勻速或勻加速直線運(yùn)動，在t1～t2內(nèi)，I變大，阻值變小，壓力變大，小車做變加速直線運(yùn)動，選項A、B均錯誤．在t2～t3內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運(yùn)動，選項C錯誤，D正確． 7