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1、2020年高考物理總復(fù)習(xí) 10-3 實(shí)驗(yàn) 傳感器的簡單使用 新人教版選修3-2
1. 如圖所示,M是一小型理想變壓器,接線柱a、b接在電
壓u=311sin 314t(V)的正弦交流電源上,變壓器右側(cè)部
分為一火警報(bào)警系統(tǒng)電路圖,其中R2為用半導(dǎo)體熱敏材
料制成的傳感器(該熱敏材料的電阻率隨溫度升高而減小),電流表A2為值班室的顯示
器,顯示通過R1的電流,電壓表V2顯示加在報(bào)警器上的電壓,R3為一定值電阻.當(dāng)傳
感器R2所在處出現(xiàn)火警時(shí),以下說法中正確的是( )
A.變壓器輸出端的交變電流的頻率為314 Hz
B.V1的示數(shù)是311 V
C.A1的示數(shù)不變,A2的示
2、數(shù)減小
D.V1的示數(shù)不變,V2的示數(shù)減小
解析:U1==220 V,f=50 Hz不變,A、B錯(cuò)誤;因U1、U2不變,出現(xiàn)火警時(shí)R2
變小,R總變小,I2變大,UR3變大,U2′變小,IR1變小,I1變大,故C錯(cuò)誤、D正確.
答案:D
2. 傳感器是一種采集信息的重要器件.如右圖所示是一種測定壓力的電
容式傳感器,A為固定電極,B為可動(dòng)電極,組成一個(gè)電容大小可變
的電容器.可動(dòng)電極兩端固定,當(dāng)待測壓力施加在可動(dòng)電極上時(shí),可
動(dòng)電極發(fā)生形變,從而改變了電容器的電容.現(xiàn)將此電容式傳感器與
零刻線在中央的靈敏電流表和電源串聯(lián),組成閉合電路,已知電流從電流表正接線柱流
入時(shí)指針向
3、右偏轉(zhuǎn).當(dāng)待測壓力增大時(shí)( )
A.電容器的電容將減小
B.靈敏電流表指針在正中央零刻線處
C.靈敏電流表指針向左偏轉(zhuǎn)
D.靈敏電流表指針向右偏轉(zhuǎn)
解析:當(dāng)待測壓力增大時(shí),電容器板間距離縮小,由C=知,電容器的電容增大,
A錯(cuò);由于電容器與電源相連,故電壓U不變,由Q=CU知,電容器的電荷量將增加,
即電容器需充電,故電流從電流表的正接線柱流入,指針將向右偏轉(zhuǎn),B、C錯(cuò)誤,D
正確.
答案:D
3.溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中,它是利用熱敏電阻的阻值隨溫
度變化的特性工作的.如圖甲所示,電源的電動(dòng)勢E=9.0 V,內(nèi)電阻不計(jì);G為靈敏電流計(jì),內(nèi)阻Rg
4、保持不變;R為熱敏電阻,其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示.閉合開關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于20 ℃時(shí),電流表示數(shù)I1=2 mA;當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6 mA時(shí),熱敏電阻的溫度是________℃.
解析:從圖乙查得t=20 ℃時(shí),R的阻值為4 kΩ
由E=I1(R+Rg)得:
Rg=-R= kΩ-4 kΩ=0.5 kΩ
當(dāng)I2=3.6 mA時(shí),設(shè)熱敏電阻的阻值為R′,則
R′=-Rg= kΩ-0.5 kΩ=2 kΩ
從圖乙查得此時(shí)對應(yīng)的溫度t2=120 ℃
答案:120
4.如下圖所示為某種電子秤的原理示意圖,AB為一均勻的滑動(dòng)變阻器,阻值為R,長度為
L,兩邊分別有P1
5、、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭,與P1相連的金屬細(xì)桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿
MN上保持水平狀態(tài),金屬細(xì)桿與托盤相連.金屬細(xì)桿所受重力忽略不計(jì),彈簧處于原
長時(shí)P1剛好指向A端,若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí),該電壓經(jīng)過放大通過信號轉(zhuǎn)換后在顯
示屏上顯示出質(zhì)量的大?。阎獜椈傻膭哦认禂?shù)為k,托盤自身質(zhì)量為m0,電源的電動(dòng)
勢為E,電源的內(nèi)阻忽略不計(jì),信號放大器、信號轉(zhuǎn)換器和顯示器的分流作用忽略不
計(jì).求:
(1)托盤上未放物體時(shí)在托盤的自身重力作用下P1距A端的距離x1;
(2)在托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)P1距A端的距離x2;
(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn),其方法是:調(diào)節(jié)P2,從
6、而使P1、P2間的電壓
為零,校準(zhǔn)零點(diǎn)后將被稱物體放在托盤上.試推導(dǎo)出被稱物體的質(zhì)量m與P1、P2間電
壓U的函數(shù)關(guān)系式.
解析:(1)由力的平衡知識知m0g=kx1,x1=.
(2)放上重物重新平衡后m0g+mg=kx2,x2=.
(3)設(shè)電路中的電流為I,則E=IR.
設(shè)P1、P2間的電阻為Rx,距離為x,則
U=IRx,=,x=x2-x1,解得m=U.
答案:(1) (2) (3)m=U
5.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(qiáng)弱,光越
強(qiáng)照度越大,照度單
7、位為lx).某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表:
照度(lx)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
電阻(kΩ)
75
40
28
23
20
18
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),請?jiān)趫D(1)所示的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線,并說明阻值
隨照度變化的特點(diǎn).
(1)
(2)如圖(2)所示,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí),控制開關(guān)
自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng).請利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡單電路,給1、
2兩端提供電壓,要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)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(jì)
電路的影響)
8、 (2)
提供的器材如下:
光敏電阻RP(符號,阻值見上表);
直流電源E(電動(dòng)勢3 V,內(nèi)阻不計(jì));
定值電阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出);
開關(guān)S及導(dǎo)線若干.
解析:(1)描繪圖象應(yīng)注意:各點(diǎn)均勻分布在圖線兩側(cè),且圖線應(yīng)用平滑曲線,而不能成
為各點(diǎn)的連線.光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如圖(3)所示,電阻的阻值隨光照度
的增大而減?。?
(3)
(2)根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系,E=3 V,當(dāng)照度降低至1.0 lx
9、
時(shí),其電壓升至2 V,
由圖線知,此時(shí)光敏電阻RP=20 kΩ,URP=2 V,串聯(lián)電阻分壓
UR=1 V,由==2得:R==10 kΩ,故選定值電阻R1,
電路原理圖如圖(4)所示。 (4)
答案:見解析
6.如圖1所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變,且對溫度很敏感)的I-U關(guān)系
曲線圖.
圖1
(1) 為了通過測量得到如圖1所示I-U關(guān)系的完整曲線,在圖2所示的a和b兩個(gè)電
路中應(yīng)選擇的是圖________,簡要說明理由:__________________________
10、_______
________________________________________________________________________.
(電源電動(dòng)勢為9 V,內(nèi)阻不計(jì),滑動(dòng)變阻器的阻值為0~100 Ω)
圖2
(2)在圖c所示的電路中,電源電壓恒為9 V,電流表讀數(shù)為70 mA,定值電阻R1=250 Ω.
則熱敏電阻兩端的電壓為________V;電阻R2的阻值為________Ω.
(3)舉出一個(gè)可以應(yīng)用熱敏電阻的例子:__________________________________________.
解析:由于圖中要求測量多組數(shù)據(jù),所需電壓調(diào)節(jié)范圍較大,且從零開始變化,所以應(yīng)
選用分壓電路,即圖a;根據(jù)歐姆定律可以先求出R1的電流I1=36 mA,所以熱敏電阻
和R2電流為I2=I-I1=34 mA,由圖可讀出熱敏電阻在34 mA時(shí)的電壓為5.2 V,則
R2兩端電壓為3.8 V,即可求出R2=111.8 Ω.
答案:(1)a 電壓可從0 V調(diào)到所需電壓,調(diào)節(jié)范圍較大
(2)5.2 111.8(111.6~112.0均可)
(3)熱敏溫度計(jì)(提出其他實(shí)例,只要合理均可)