统考版高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器实验十二传感器的简单应用含答案

这是一份统考版高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器实验十二传感器的简单应用含答案，共9页。


基本原理与操作
●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．
●误差分析
1．温度计读数带来误差．
2．多用电表读数带来误差．
3．热敏电阻与水温不同带来误差．
4．作R ­ t图象时的不规范易造成误差．
考点一 教材原型实验
例1. 传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量，通常是电学量，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量，热敏电阻随温度变化的图象如图甲所示，图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图，问：
(1)由图甲可知，热敏电阻R1的电阻随着温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)．
(2)图乙中左侧回路不通电或电流过小时，金属片与b接触；电流过大时，电磁铁吸引金属片与a接触，为了使热敏电阻R1的温度过高时报警器铃响，开关S应接在________(选填“a”或“b”)．
(3)电源电动势E为18 V，内阻不计，电磁铁的线圈电阻R3为80 Ω，流过热敏电阻R1的电流大于或等于Ic时就会报警，Ic为10 mA，热敏电阻R1达到100 ℃时的电阻为600 Ω.若要求热敏电阻R1达到100 ℃时开始报警，则电阻箱R2的阻值应调为________ Ω.若电源内阻不能忽略，调节电阻箱时未考虑电源内阻，当热敏电阻R1的温度缓慢升高到报警器开始报警时，热敏电阻R1的温度________100 ℃(选填“大于”或“小于”)．
跟进训练
1.[2022·云南昆明模拟]为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光照强度的变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为：勒克斯(lx)．
(1)如图乙所示，电源电动势为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明系统．要求当天色渐暗照度降至1.0(lx)时控制开关接通照明系统，则R1＝________kΩ.
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图戊所示的电路进行测量，电源(E＝3 V，内阻未知)，电阻箱(0～99 999 Ω)．实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丙为实验时电阻箱的阻值，其读数为________kΩ；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图丁所示，此时灵敏电流计的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值R0＝________kΩ(结果保留三位有效数字)．
2．(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，请在图乙中用图中的器材(可增加元器件)设计一个电路．
(2)图丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图丁所示，试根据这一特性，由图丙中给定的器材设计一个自动光控电路．
考点二 拓展创新实验
例2. [2022·重庆市模拟]某些固体材料受到外力作用后，除了产生形变，其电阻率也会发生变化，这种现象称为“压阻效应”．已知Rx的阻值变化范围为几十欧姆到几百欧姆，某实验小组在室温下用伏安法探究压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：
A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝400 Ω；
B．直流电源，电动势为6 V，内阻不计；
C．电流表A，量程为0～100 mA，内阻不计；
D．电压表V，量程为0～3 V，内阻为3 kΩ；
E．定值电阻R1＝2 kΩ；
F．滑动变阻器R，最大电阻值约50 Ω；
G．开关S与导线若干．
(1)甲同学设计了图甲实验电路原理图，请在图乙中将实物连线图补充完整．
(2)某次压力测试，在电阻Rx上施加力F，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U和I，则压敏电阻的阻值Rx＝________．
(3)改变F的大小、测得不同的Rx值，绘成图象如图丙所示，可得其斜率k＝________ Ω/N(结果保留2位有效数字)．Rx的阻值和压力F的关系式是Rx＝________(用F和k等表示)．
丙
(4)按图甲实验电路进行实验，调节滑动变阻器使电压表保持满偏，在电阻Rx上施加力F，当电流表满偏时，压力F为________N(结果保留3位有效数字)．
跟进训练
3.某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系．如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端，当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C.
(1)逐渐往小桶C内添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x，作出F­x图象如图乙所示．由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k＝______ N/m，弹簧原长L0＝________ cm.
(2)将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示(两根弹簧)．闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数．弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为m＝ak－bkI(a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数)，则滑动变阻器R的长度L＝__________，电源电动势E＝__________．(保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R0，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g)
实验十二 传感器的简单应用
关键能力·分层突破
例1 解析：(1)根据图甲的坐标系中曲线的趋势可以得出，电阻随温度的升高而减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．
(2)为使温度过高时发送报警信息，则热敏电阻阻值最小，开关S应该接在a处．
(3)热敏电阻R1达到100 ℃时开始报警，此时流过热敏电阻R1的电流恰好为Ic＝10 mA，根据闭合电路欧姆定律Ic＝ER1+R2+R3，带入数据解得R2＝1 120 Ω，若电源内阻可以忽略，则Ic＝ER1+R2+R3，此时温度恰好为100 ℃；若电源内阻不能忽略，调节电阻箱时未考虑电源内阻，当热敏电阻R1的温度缓慢升高到100 ℃时，电路中的实际电流为I实＝ER1+R2+R3+r答案：(1)减小 (2)a (3)1 120 大于
1．解析：(1)电阻R1和R0串联，R0R1＝U0U1＝21，当照度为1.0(lx)时，电阻R0＝20 kΩ，则R1＝10 kΩ.
(2)由图可知，图丙的电阻为R2＝62.5 kΩ，图丁的电阻R′2＝22.5 kΩ，本题采用等效法测电阻，前后两次电路中的电流相等，则电路中的电阻相等，则有R2＝R0＋R′2，所以R0＝40.0 kΩ.
答案：(1)10 (2)62.5 40.0
2．解析：(1)①因为温度降低时，负温度系数热敏电阻的阻值增大，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电路如答图所示．
(2)由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，流过光敏电阻的电流增大，光敏电阻的阻值减小．根据题意设计一个自动光控电路，如图所示：
控制过程是：当有光照时，放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，工作电路接通，电灯开始工作．
答案：(1)①小 ②右
③
(2)见解析
例2 解析：(1)图甲中滑动变阻器采用的是分压式接法，电流表是内接法，根据电路图可得实物图如图所示．
(2)由题可知Rx两端电压为U′＝URV(RV＋R1)＝5U3，电流表测量流过Rx的电流，所以Rx＝U'I＝5U3I.
(3)根据题意，设Rx阻值和压力F的关系式为Rx＝kF＋b，将图丙上的特殊点(0，400 Ω)和(210 N，0)代入可求得k＝－1.9 Ω/N，b＝400 Ω.故Rx＝kF＋400 Ω.
(4)电压表、电流表均满偏时，Rx＝5U3I＝5×33×100×10−3Ω＝50 Ω，则F＝Rx−400 Ωk＝184 N.
答案：(1)见解析图 (2)5U3I (3)－1.9(－1.9～－1.7均对) kF＋400 Ω (4)184 (184～205均对)
3．解析：(1)由弹簧的弹力与其形变量的关系可得
F＝k(L－L0)，
由表达式结合图象可知图象斜率表示弹簧的劲度系数，而横截距表示弹簧的原长，
故弹簧的劲度系数k＝ΔFΔx＝160.16 N/m＝100 N/m；
弹簧原长L0＝4 cm；
(2)当所称的物体质量为零时，有ak＝bkI，
此时由电路结构可得E＝2IR0，
联立解得电源电动势：E＝2bR0a；
当所称的物体质量最大时，弹簧被压缩L，
此时有：I′＝ER0，mg＝2kL，
联立解得：L＝14ag.
答案：(1)100 4 (2)14ag 2bR0a必备知识·自主排查
装置图
操作要领
甲
乙
①测量：欧姆表每次换挡后都要重新调零，测电阻时读数存在误差．
②步骤：改变水温、改变光的强度并记录．
③结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小或增大，随温度的降低而增大或减小，半导体热敏电阻也可以用作温度传感器．
光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小．
关键能力·分层突破