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人教版高考物理一轮总复习第14章实验14探究传感器元件特性及简单应用课时学案
展开实验十四 探究传感器元件特性及简单应用
1.热敏电阻的特性
2.光敏电阻的特性
1.在做热敏电阻实验时,加热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.在做光敏电阻实验时,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照射到光敏电阻上光的多少。
3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。
考点1 热敏电阻的特性及应用
(2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10 ℃ 升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在图甲中所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。
甲
(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA,则此时热敏电阻的阻值为________kΩ(结果保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图乙所示。
乙
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图乙可知,此时室温为________ ℃(结果保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的一部分如图丙所示。图中,E为直流电源(电动势为10 V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃,则图中________(选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一定值电阻的阻值应为________kΩ(结果保留2位有效数字)。
丙
【自主解答】
解析:(1)根据题意利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系,设计电路。由于电压表为理想电表,所以应采用电流表外接电路。由于滑动变阻器R的最大阻值为 20 Ω,远小于热敏电阻阻值,所以应采用滑动变阻器分压接法,见答案图。
(2)若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为 5.5 V和3.0 mA,由欧姆定律可得此时热敏电阻的阻值为R==1.8 kΩ。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由题图乙可知,对应图线中纵坐标值为2.2 kΩ点的横坐标值为25.5 ℃,所以此时室温为25.5 ℃。
(4)由串联电路规律,=,即 =,要求开始报警时环境温度为50 ℃,对应图线中横坐标值为50 ℃点的纵坐标值为0.8 kΩ,则图中R1应使用热敏电阻,由 = 可得另一定值电阻的阻值应为R2=1.2 kΩ。
答案:(1)如图所示 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
考点2 光敏电阻的特性及应用
为了节能环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为lx)。
(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如表所示,根据表中已知数据,在如图甲所示的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。由图像可求出照度为1.0 lx 时的电阻约为________ kΩ。
照度/lx | 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1.0 | 1.2 |
电阻/kΩ | 5.8 | 3.7 | 2.8 | 2.3 |
| 1.8 |
甲
(2)街道路灯自动控制模拟电路如图乙所示,利用直流电源为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在________(选填“A、B”或“B、C”)之间,请用笔画线代替导线,正确连接电路元件。
乙
(3)用多用电表“×10 Ω”挡,按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时,指针示数如图丙所示,则线圈的电阻为_______ Ω。已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时,继电器的衔铁将被吸合。图中直流电源的电动势E=6 V,内阻忽略不计,滑动变阻器有三种规格可供选择:R1(0~10 Ω,2 A)、R2(0~200 Ω,1 A)、R3(0~1 750 Ω,0.1 A)。要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯,滑动变阻器应选择_______(选填“R1”“R2”或“R3”)。为使天色更暗时才点亮路灯,应适当地_______(选填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。
丙
【自主解答】
解析:(1)根据题图甲直接读出照度为 1.0 lx 时的电阻约为2.0 kΩ。
(2)光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小,所以白天光敏电阻的阻值小,电路中的电流大,电磁铁将被吸住,动触点与C接通;晚上光线暗,光敏电阻的阻值大,电路中的电流小,动触点与A接通。所以要达到晚上灯亮、白天灯灭的效果,路灯应接在A、B之间。电路图见答案图。
(3)欧姆表的读数是先读出表盘的刻度,然后乘以倍率,表盘的刻度是14,倍率是“×10 Ω”,所以电阻值是14×10 Ω=140 Ω;天色渐暗照度降低至 1.0 lx 时点亮路灯,此时光敏电阻的电阻值是2.0 kΩ,电路中的电流是2.0 mA,R=-R光=1 000 Ω,所以要选择滑动变阻器R3。由于光变暗时,光敏电阻变大,分得的电压变大,所以为使天色更暗时才点亮路灯,应适当地减小滑动变阻器的电阻。
答案:(1)2.0 (2)A、B 如图所示
(3)140 R3 减小
考点3 利用传感器设计简单的自动控制装置
(1)如图甲所示为某宾馆的房卡,只有把房卡插入槽中,房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上。
(2)如图乙所示,当房客进门时,只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中,这时由于磁体吸引簧片,开关B就接通,通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通,房客便能使用室内的各种用电器。当继电器工作时,c、d相吸,a、b便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来,构成正常的电门卡电路。
甲 乙
【自主解答】
解析:(1)房卡可以控制房间内的灯和插座,不插入槽中,房间内所有的灯和插座都不工作,所以房卡相当于干路上的开关。
(2)将开关B与电源E、线圈连成一个回路;将三个灯泡所在的电路与交流电源接成回路,即按8—7,4—5,6—9,1—3,2—10连接起来,构成正常的电门卡电路,如图所示。
答案:(1)开关 (2)见解析图
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