高考物理一轮复习-实验十二-传感器的简单使用.doc

1．利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(选填“大”或“小”)。
(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧。

(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。
解析：(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流会减小。
(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度的右侧。
(3)如图所示。

答案：(1)小　(2)右　(3)图见解析
2．为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种UI图线，如图乙所示。

(1)根据UI图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为________ Ω，强光照射时电阻为________Ω。
(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中______________(选填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大。若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用________(选填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确。
解析：(1)光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，结合图乙知正常光照射时R1＝＝＝3 000 Ω，强光照射时R2＝＝＝200 Ω。
(2)实验电路采用的是毫安表内接法，测得的结果比真实值偏大，当待测电阻远大于毫安表电阻时实验误差较小，所以强光照射时误差较大；强光照射时采用毫安表外接法实验结果较为准确。
答案：(1)3 000　200　(2)强光照射时　外接
3．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”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位为坎德拉(cd)]：
光强E/cd
1
2
3
4
5
电阻值/Ω
18
9
6

3.6
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________ Ω。
(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)。

(3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此时光照强度为________ cd。
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 Ω·cd不变，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值：Rx＝＝4.5 Ω。
(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U＝IR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R0两端时不符合要求，玻璃并联在Rx两端时符合要求，故A错误，C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错误。
(3)当R0＝12 Ω、光敏电阻两端的电压Ux＝3 V时，因串联电路中总电压等于各分电压之和，R0两端的电压：U0＝U－Ux＝9 V－3 V＝6 V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I＝＝，即＝，解得Rx′＝6 Ω，此时光照强度E′＝＝3 cd。
答案：(1)4.5　(2)C　(3)3
4．材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小。若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值。为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF。请按要求完成下列实验。

(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4×102～0.8×102 N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下：
A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝6 000 Ω
B．滑动变阻器R，全电阻阻值约200 Ω
C．电流表A，量程2.5 mA，内阻约30 Ω
D．电压表V，量程3 V，内阻约3 kΩ
E．直流电源E，电动势3 V，内阻很小
F．开关S，导线若干
(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33 mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为________V。

丙
(3)此时压敏电阻的阻值为________Ω；结合图甲可知待测压力的大小F＝________N。(计算结果均保留两位有效数字)
解析：

(1)根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，原理图如图所示。
(2)根据电压表读数规则，电压表读数为2.00 V。
(3)由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为RF＝－RA≈1.5×103 Ω，＝4，由题图甲可知，对应的待测压力F＝60 N。
答案：(1)图见解析　(2)2.00　(3)1.5×103　60
5．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 Ω)，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 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，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 Ω
(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__________(选填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①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________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________。
②将开关向________(选填“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)如图所示。

(2)由R＝＝ Ω＝1 800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因电流过大而损坏报警器。
②应将开关向c端闭合，然后缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警。
答案：(1)图见解析　(2)R2　(3)①650.0　b　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　②c　报警器开始报警
6．(2021·河北衡水中学高三模拟)磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用如图甲所示的装置研究电磁铁线圈的工作电压与衔铁所受磁力大小的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方，V1为理想电压表。

(1)为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向________(选填“c”或“d”)端移动。
(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30 Ω，滑动变阻器的最大阻值为170 Ω，电源E的电动势为12.0 V，滑动变阻器能提供的最大分压为11.9 V，则电源E的内阻为________ Ω。(保留两位有效数字)
(3)同学们将阻值会因形状变化而发生改变的金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，然后将金属应变片R1、定值电阻R2和理想电压表V2连接成如图乙所示的电路。线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将________，电压表V2的读数将________。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
(4)在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得外力F与线圈两端电压U的关系如图丙所示，若要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则工作电压至少为________ V。

解析：(1)根据电流的磁效应，电流越大，产生的磁场越强，为了增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片应向c端移动。
(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，滑动变阻器提供的分压最大，由闭合电路欧姆定律E＝Um＋Ir，I＝，R＝ Ω＝25.5 Ω，联立解得r≈0.21 Ω。
(3)线圈通电吸引衔铁下移时，应变片R1变长，根据电阻的决定式，R1的阻值将增大。根据串联电路分压规律可知，电压表V2的读数将增大。
(4)由图丙可知，F＝1 200 N时对应的工作电压为6.0 V，即要求该锁能抵抗1 200 N的外力，则工作电压至少为6.0 V。
答案：(1)c　(2)0.21　(3)增大　增大　(4)6.0