2019版高考物理一輪復習 實驗增分 專題12 傳感器的簡單使用學案

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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.涉及傳感器應用的電路設計或對抑制電路的理解應用 知識梳理·夯實基礎 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，內阻不計)、電源E2(6 V，內阻不計)、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S、導線若干． 為使該裝置實現(xiàn)對30～80 °C之間任一溫度的控制，電源E應選用__E2__(選填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應選用__R2__(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，則應將如圖乙所示的選擇開關旋至__C__(選填“A”“B”“C”或“D”)． (3)合上并關S，用調節(jié)好的多用電表進

4、行排查．在圖甲中，若只有b、c間斷路，則應發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針__不偏轉__(選填“偏轉”或“不偏轉”)，接入a、c時指針__偏轉__(選填“偏轉”或“不偏轉)． (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，將電阻箱從電路中移除 ④合上開關，調節(jié)滑動變阻器的阻值 ⑤斷開開關，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調至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節(jié)達到15 mA．當控制到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，接入a、c時指針偏轉，且示數(shù)等于電源電動勢． (4)欲使銜鐵在50 ℃時被吸合，則要求溫度達到50 ℃時電路中電流達到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接入電路中的阻值，先將電阻箱調到108.1 Ω并替代熱敏電阻接入電路，調節(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，故合理的順序應為⑤④②③①． 考點2　光電傳感器 [例2]為了研究光敏電阻在室內正常光照射和室外強光照射時電阻的大小關系，某同學用如圖甲所示的電路進行實驗，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，強光照射時電阻為__200__Ω； (2)若實驗中所用電壓表的內阻約為5 kΩ，毫安表的內阻約為100 Ω，考慮到電表內阻對實驗結果的影響，此實驗中__強光照射時__(選填“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__外接__(選填“內接”或“外接”)法進行實驗，實驗結果較為準確． 解析　(1)光敏電阻的阻值隨光照的增強而減小，結合圖乙知正常光照射時R1＝＝＝3 000 Ω，強光射時R2＝＝＝200 Ω；(2)實驗電

8、路采用的是毫安表內接法，測得的結果比真實值偏大，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果較為準確． 考點3　力傳感器 [例3]傳感器是把非電學量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉換成電學量的變化的一種元件，在自動控制中有著相當廣泛的應用．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(實質是理想電流表)組成．壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1×107 Pa，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系如表所示．設踏板和壓桿的質量可以

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)的刻度線應標在電流表刻度盤__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為固定的導體芯，B為導體芯外面的一層絕緣物質，C為導電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉方向與電流方向相同．如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉，則導電液體的深度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． 對應演練·遷移運用 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，當照射光強度增大時(　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　當照射光強度增大時，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系，如圖乙所示．若傳送帶始終勻速運動，每兩個工件間的距離為0.2 m，則下列說法正確的是(　BC　) A．傳送帶運動的速度是0.1 m/s B．傳送帶運動的速度是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，而在這一段時間內傳送

13、帶運動了兩個工件之間的距離，所以傳送帶運動的速度是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，內阻不計，G為靈敏電流表，其內阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化關系如圖乙所示，閉合開關S，當R的溫度等于20 ℃時，電流表示數(shù)I1＝2 mA；當電流表的示數(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，有位同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態(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，小車一定做勻速直線運動 B．從t1到t2時間內，小車做勻加速直線運動 C．從t2到t3時間內，小車做勻速直線運動 D．從t2到t3時間內，小車做勻加速直線運動 解析　在0～t1內，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動，在t1～t2內，I變大，阻值變小，壓力變大，小車做變加速直線運動，選項A、B均錯誤．在t2～t3內，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運動，選項C錯誤，D正確． 7