2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十一章 實驗十二 傳感器的簡單使用講義（含解析）教科版.docx

實驗十二傳感器的簡單使用一、研究熱敏電阻的特性1.實驗原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進行測量和觀察.2.實驗器材半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計、鐵架臺、燒杯、涼水和熱水.3.實驗步驟(1)按圖1連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理；圖1(2)把多用電表置于歐姆擋，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值，并記下溫度計的示數(shù)；(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值；(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄.4.數(shù)據(jù)處理在圖2坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線.圖25.實驗結(jié)論熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大.6.注意事項實驗時，加熱水后要等一會兒再測熱敏電阻阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時讀出水溫.二、研究光敏電阻的光敏特性1.實驗原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進行測量和觀察.2.實驗器材光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線、電源.3.實驗步驟(1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按圖3所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋；圖3(2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；(3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況，并記錄；(4)用手掌(或黑紙)遮光時，觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況，并記錄.4.數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性.5.實驗結(jié)論(1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強光照射下電阻值很??；(2)光敏電阻能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量.6.注意事項(1)實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的多少來達(dá)到實驗?zāi)康模?2)歐姆表每次換擋后都要重新進行歐姆調(diào)零.命題點一溫度傳感器的應(yīng)用例1(2016全國卷23)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60時，系統(tǒng)報警.提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000)，滑動變阻器R2(最大阻值為2000)，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干.在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié).已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報警器的電流超過20mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60時阻值為650.0.(1)在圖4中完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線.圖4(2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器_(填“R1”或“R2”).(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為_；滑動變阻器的滑片置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_.將開關(guān)向_(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_.(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用.答案(1)見解析圖(2)R2(3)650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20mA，報警器可能損壞c報警器開始報警解析(1)先用電阻箱替代熱敏電阻，連接成閉合回路進行調(diào)試.電路圖連接如圖所示.(2)當(dāng)電路中電流Ic10mA時，根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic，解得R總1800，此時熱敏電阻的阻值為650，則滑動變阻器的阻值為1150，所以滑動變阻器選R2.(3)當(dāng)熱敏電阻阻值達(dá)到650時，報警器就會報警，用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)節(jié)，應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)到650.若接通電源后電路中的電流過大(超過20mA)，報警器就會損壞，電流越小越安全，所以為了電路安全，閉合開關(guān)前滑片應(yīng)置于b端.用電阻箱替代熱敏電阻進行調(diào)試，應(yīng)將開關(guān)向c端閉合，開關(guān)閉合后要減小電路中的電阻直至報警器開始報警.變式1利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高.(1)如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變_(填“大”或“小”).(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度.如果刻度盤正中的溫度為20(如圖5甲所示)，則25的刻度應(yīng)在20的刻度的_(填“左”或“右”)側(cè).圖5(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計一個電路.(請在圖乙中作圖)答案(1)小(2)右(3)見解析圖解析(1)因為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時，電阻增大，故電路中電流變小.(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20的刻度的右側(cè).(3)如圖所示.命題點二光電傳感器的應(yīng)用例2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弱，光越強照度越大，照度單位為lx).某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖6甲所示的坐標(biāo)系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.(2)如圖乙所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng).請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0lx時啟動照明系統(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)計電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻RP(符號，阻值見上表)；直流電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R110k，R220k，R340k(限選其中之一，并在圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干.圖6答案見解析解析(1)光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖甲所示，光敏電阻的阻值隨照度的增大而減小.(2)根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系，E3V，當(dāng)照度降低至1.0lx時，1、2兩端電壓升至2V，此時光敏電阻阻值RP20k，URP2V，串聯(lián)電阻分壓UR1V，由2，得R10k，故選定值電阻R1，電路原理圖如圖乙所示.命題點三壓力傳感器的應(yīng)用例3材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”，利用這種效應(yīng)可以測量壓力大小.若圖7甲為某壓敏電阻在室溫下的電阻壓力特性曲線，其中RF、R0分別表示有、無壓力時壓敏電阻的阻值.為了測量壓力F，需先測量壓敏電阻處于壓力中的電阻值RF.請按要求完成下列實驗.圖7(1)設(shè)計一個可以測量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框中畫出實驗電路原理圖(壓敏電阻及所給壓力已給出，待測壓力大小約為0.4102N0.8102N，不考慮壓力對電路其他部分的影響)，要求誤差較小，提供的器材如下：A.壓敏電阻，無壓力時阻值R06000B.滑動變阻器R，最大阻值為200C.電流表A，量程2.5mA，內(nèi)阻約30D.電壓表V，量程3V，內(nèi)阻約3kE.直流電源E，電動勢3V，內(nèi)阻很小F.開關(guān)S，導(dǎo)線若干(2)正確接線后，將壓敏電阻置于待測壓力下，通過壓敏電阻的電流是1.33mA，電壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為_V.(3)此時壓敏電阻的阻值為_；結(jié)合圖甲可知待測壓力的大小F_N.(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)見解析圖(2)2.00(3)1.510360解析(1)根據(jù)題述對實驗電路的要求，應(yīng)該采用分壓式接法、電流表內(nèi)接的電路，原理圖如圖所示.(2)根據(jù)電壓表讀數(shù)規(guī)則，電壓表讀數(shù)為2.00V.(3)由歐姆定律，此時壓敏電阻的阻值為RFRA1.5103，4，由題圖甲可知，對應(yīng)的待測壓力F60N.變式2某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變，其電阻率也要發(fā)生變化，這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”.現(xiàn)用如圖8所示的電路研究某長薄板電阻Rx的壓阻效應(yīng)，已知Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐，實驗室中有下列器材：圖8A.電源E(電動勢3V，內(nèi)阻約為1)B.電流表A1(00.6A，內(nèi)阻r15)C.電流表A2(00.6A，內(nèi)阻r21)D.開關(guān)S，定值電阻R05(1)為了比較準(zhǔn)確地測量電阻Rx的阻值，請完成虛線框內(nèi)電路圖的設(shè)計.(2)在電阻Rx上加一個豎直向下的力F(設(shè)豎直向下為正方向)，閉合開關(guān)S，記下電表讀數(shù)，A1的讀數(shù)為I1，A2的讀數(shù)為I2，得Rx_.(用字母表示)(3)改變力的大小，得到不同的Rx值，然后讓力反向從下向上擠壓電阻，并改變力的大小，得到不同的Rx值.最后繪成的圖像如圖9所示，除觀察到電阻Rx的阻值隨壓力F的增大而均勻減小外，還可以得到的結(jié)論是_.當(dāng)F豎直向下時，可得Fx與所受壓力F的數(shù)值關(guān)系是Rx_.圖9答案(1)見解析圖(2)(3)壓力等大反向時，阻值相等172F解析(1)利用伏安法測量電阻阻值，但所給器材缺少電壓表，可以用內(nèi)阻已知的電流表A1代替，另一個電流表A2測量電流.電路圖如圖所示.(2)電阻Rx兩端電壓為UxI1r1，流經(jīng)的電流為IxI2I1，電阻Rx.(3)由題圖可知，當(dāng)力F豎直向下時，RxkFb，k2，b17，則有Rx172F；由題圖可知，由于圖線對稱，不管力F如何增加，Rx均線性減小.