2021高考物理一轮复习-第11章-交变电流-传感器-实验十二：传感器的简单使用教案.doc

2021高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 实验十二：传感器的简单使用教案2021高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器 实验十二：传感器的简单使用教案年级：姓名：10实验十二：传感器的简单使用一、研究热敏电阻的热敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性 注意事项1在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。2光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。3欧姆表每次换挡后都要重新欧姆调零。考点一教材原型实验热敏电阻传感器某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rtakt，a0，k0)。设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。(1)按电路图连接好实验器材。(2)将滑动变阻器滑片P滑到 _(填“a”或“b)端，单刀双掷开关S掷于_(填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流表_，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I_(用题目中给定的符号表示)。(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在_(填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？_(填“是”或“否”)。解析：(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片P滑到a端。为了设计表盘刻度，应使开关掷于c处，调节滑片，使电流表满偏。(3)把开关置于d端，根据闭合电路欧姆定律得I，又Rtakt，联立得出电流与温度的关系式为I。(4)因为Rtakt(且a0，k0)，所以温度越低，电阻越小，回路中I越大，所以低温度刻度在右侧，由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀。答案：(1)ac满偏(3)(4)右否光敏电阻传感器(2020郑州模拟)电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：光强E/cd12345电阻值/18963.6“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为_。(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是_(填序号)。解析：(1)由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18 cd不变，则当E4 cd时，光敏电阻的阻值：Rx4.5 。(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I可知，电路中的电流增大，由UIR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合，玻璃并联在Rx两端时符合，故A项错误，C项正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D项错误。答案：(1)4.5(2)C变式12016北京理综21(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力_(填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更_(填“敏感”或“不敏感”)。解析：随着温度的升高，热敏电阻的阻值减小，导电能力增强，由R t图象可知，相比金属热电阻，这种热敏电阻对温度变化的响应更敏感。答案：增强敏感变式2(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是()A传送带运动的速度是0.1 m/sB传送带运动的速度是0.2 m/sC该传送带每小时输送3 600个工件D该传送带每小时输送7 200个工件BC从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v m/s0.2 m/s，选项A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为xvt0.23 600 m，工件个数为n3 600个，选项C正确，D错误。考点二实验拓展与创新(2017江苏卷11)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甲所示，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30 80 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”)。(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，则应将如图乙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。在图甲中，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 解析：(1)若实现对30 温度的控制继电器和Rt的电压U0.015(20199.5) V3.29 V因此符合要求的电源应选E2。若实现对80 温度的控制对全电路有UI(R继RtR)即6 V0.015 A(20 49.1 R)解得R330.9 。因此滑动变阻器应选R2。(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。(3)a、b间电压为0，指针不偏转。接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为。答案：(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)(2016全国卷23)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R2(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的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。解析：(1)电路图连接如图。(2)报警器开始报警时，对整个回路有UIc(R滑R热)代入数据可得R滑1 150.0 ，因此滑动变阻器应选择R2。(3)在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I A27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。答案：(1)连线如解析图所示(2)R2(3)650.0b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报警器开始报警变式3(2020河南洛阳联考)(多选)指纹传感器为在一块半导体基板上阵列了10万金属颗粒，每一颗粒充当电容器的一极，外表面绝缘，手指在其上构成电容器的另外一极。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹深浅不同，对应的峪(本义：山谷)和嵴(本义：山脊)与半导体基板上的金属颗粒间形成一个个电容值不同的电容器，若金属颗粒与手指间组成的每个电容器电压保持不变，则()A指纹的嵴处与半导体上对应的金属颗粒距离近，电容小B指纹的峪处与半导体上对应的金属颗粒距离远，电容小C在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量增加D在手指挤压绝缘表面时，电容电极间的距离减小，金属颗粒电极电荷量减少BC本题考查指纹传感器及其相关知识点。指纹的嵴处与半导体基板上对应的金属颗粒距离近，根据电容的决定式C得知，电容大，A错误；指纹的峪处与半导体基板上对应的金属颗粒距离远，根据电容的决定式C得知，电容小，B正确；在手指挤压绝缘表面时，手指与对应的金属颗粒距离减小，电容增大，而电压一定，则由QCU可知，各金属颗粒电极电荷量增加，C正确，D错误。变式4(2020衡水模拟)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，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m_。解析：(1)要求力电转换传感器的输入电压可调，并且可使电压的调节范围尽可能大，所以滑动变阻器采用分压式接法，如图所示。(2)由以上测量的原理可知，U0km0g，Ukmg得：mm0答案：(1)见解析图(2)m0