高考物理一轮复习课时作业52实验：传感器的简单应用（含解析）

实验：传感器的简单应用

1.某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图所示的装置．向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1.然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是(　　)

A．多用电表应选用电流挡，温度升高换用大量程测量

B．多用电表应选用电流挡，温度升高换用小量程测量

C．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡

D．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡

答案　D

解析　测电阻应选用欧姆挡．当温度升高时，热敏电阻受温度变化的影响，多用电表偏转角度增大，说明电阻阻值变小，所以应换用倍率小的挡，故D项正确．

2．容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中(　　)

A．P、Q构成的电容器的电容增大 B．P上电荷量保持不变

C．M点的电势比N点的低 D．M点的电势比N点的高

答案　D

解析　薄片P和Q为两金属极板，构成平行板电容器，由C＝可知，在P、Q间距增大过程中即d增大，电容C减小，A项错误．电容器始终与电源连接．两极板电压不变．据电容的定义式C＝知电荷量减少，B项错误．Q板上的正电荷流向M点经N点到电源正极，故φM＞φN，C项错误，D项正确．

3．(多选)一些学校为了保证教室照明条件，采用智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯．其原理图如图所示，R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁，一端用铰链固定在墙上可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头，有关这个智能照明系统的工作原理描述正确的是(　　)

A．光照越强，光敏电阻阻值越大，衔铁被吸引下来

B．在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流减小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通

C．上面两接线柱和日光灯电路连接

D．下面两接线柱和日光灯电路连接

答案　BC

解析　由光敏电阻的特性可知，光照强度越强，电阻越小，电流越大，所以A项错误，B项正确；上面两接线柱应接日光灯电路，所以C项正确，D项错误．

4.将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测．闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央．当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转．已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏．则(　　)

A．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动

B．电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动

C．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动

D．电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动

答案　A

解析　因为当火车向左加速运动时，有向左的加速度，弹簧处于伸长状态，滑片P靠近变阻器C端，电压表的指针向右偏．所以，当滑片P靠近变阻器B端时，电压表的指针将向左偏，此时，弹簧将处于压缩状态，火车具有向右的加速度，火车可能在向右做加速运动，也可能在向左做减速运动，A项正确，C、D两项错误；同理可知B项错误．

5．(多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是(　　)

A．当光照射R1时，信号处理系统获得高电压

B．当光照射R1时，信号处理系统获得低电压

C．信号处理系统每获一次低电压就计数一次

D．信号处理系统每获一次高电压就计数一次

答案　BD

解析　激光是照在光敏电阻R1上，信号处理系统与R1并联，其电压就是R1上的电压，当货物挡光时R1阻值大，电压高，货物挡光一次，就计数(货物的个数)一次，故B、D两项正确．

6.(多选)为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A．当拉环不受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)(　　)

A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路

B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 A

C．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处

D．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处

答案　ABC

解析　若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路会损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A项正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I＝＝0.1 A，故B项正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为RaP＝20 Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由闭合电路欧姆定律得，I′＝＝0.3 A，故D项错误，C项正确．

7．物理兴趣小组的同学要探究一质地均匀的圆柱形热敏电阻的电阻率随温度变化的规律．

(1)利用以下实验器材设计实验研究热敏电阻的阻值随温度变化的规律：

A．热敏电阻(常温下约300 Ω) B．温度计

C．电流表A1(60 mA，约10 Ω) D．电流表A2(3 A，约0.1 Ω)

E．电压表V(6 V，约15 kΩ) F．滑动变阻器R1(500 Ω，0.5 A)

G．滑动变阻器R2(5 Ω，2 A) H．蓄电池(9 V，0.05 Ω)

I．开关一个，导线若干

①要求通过热敏电阻的电流从零开始增大，电流表应选择________，滑动变阻器应选择________(填器材前的字母标号)．

②请你将图1中的实验器材连接成测量电路．

(2)实验的主要步骤：

a．在烧杯中加入适量冷水和冰块，形成冰水混合物，正确连接电路，闭合开关，记录电流表、电压表的示数和温度计的示数，断开开关；

b．在烧杯中添加少量热水，闭合开关，记录电流表、电压表示数和温度计的示数，断开开关；

c．重复b的操作若干次，测得多组数据．

①若某次测量中，温度计的示数为t，电流表、电压表的示数分别为I、U，则温度为t时热敏电阻的阻值为________．

②若他们得到的热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图2所示，则热敏电阻的阻值随温度变化的函数关系为R＝________．

答案　(1)①C　G　②如图所示

(2)①　②R0－t

解析　(1)热敏电阻中的最大电流约为I＝＝30 mA，因此选择量程为60 mA的电流表A1.由于300 Ω<，电流表采用外接法．由于要求通过热敏电阻的电流从零开始增大，因此滑动变阻器采用分压接法，采用最大阻值为5 Ω的滑动变阻器R2.(2)根据欧姆定律可知，温度为t时热敏电阻的阻值为R＝.设电阻随温度变化的函数关系为R＝kt＋b，根据题图2，可知t＝0时，R＝b＝R0，由图线斜率k＝，可得热敏电阻的阻值随温度变化的函数关系为R＝R0－t.

8．如图所示是一种自动测定油箱内油面高度的装置．其中R是滑动变阻器，阻值范围是0～100 Ω，它的金属滑片是杠杆的一端，油量表是由电流表改装而成的，实际是量程为0～0.6 A的电流表，从指针所指的刻度可知油箱内油面的高度；R′为校准电阻．已知电源电压为12 V，油箱空和油箱满时金属滑片恰在滑动变阻器的两端点a、b处．

(1)当油箱满时，电流表示数恰好为满偏刻度0.6 A，求校准电阻R′的阻值和油箱空时电流表的示数．

(2)若将电流表改换为电压表，用电压表的指针指示的刻度显示油箱内油面的高度，要求油面上升时电压表的读数增大，请将电压表V画在图中，并标明电压表的“＋”“－”接线柱．若改装后电路中校准电阻的阻值不变，求电压表示数的变化范围．

解析　(1)当电流表示数为满偏刻度0.6 A时，金属滑片在b处，此时滑动变阻器连入电路的电阻R＝0.

R′＝＝ Ω＝20 Ω.

油箱空时，滑动变阻器连入电路的电阻R＝100 Ω，

则电流表的示数为I1＝＝ A＝0.1 A.

(2)为符合油面上升时，电压表读数增大的要求，应使电压表与校准电阻R′并联，电压表示数变化的范围，由滑片在a、b两处时校准电阻R′两端的电压决定．如图所示．

U1＝＝2 V，U2＝12 V.

故电压表示数的变化范围为2～12 V.

9．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Rt＝a＋kt，a>0，k>0)．

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________端(填“a”或“b”)，单刀双掷开关S掷于________端(填“c”或“d”)，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(用题目中给定的符号)I＝________．

(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________侧(填“左”或“右”)，刻度线分布是否均匀？________(填“是”或“否”)．

答案　(2)a　c　满偏　(3)　(4)右　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Rt＝a＋kt，联立得出电流与温度的关系式为I＝.

(4)因为Rt＝a＋kt(且a>0，k>0)，所以温度越低，电阻越小，回路中I越大，所以低温刻度在右侧，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．

10．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下表，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.

(2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，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________(填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．

(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，继电器的街铁将被吸合．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________(填“R1”“R2”或“R3”)．为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻．

答案　(1)2.0　(2)AB　如图所示

(3)140　R3　减小

解析　(1)根据题目甲直接读出对应的照度为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电阻值小，电路中的电流值大，电磁铁将被吸住；动触点与C接触；晚上的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以动触点与A接通。所以要达到晚上灯亮、白天灯灭的效果，路灯应接在AB之间．电路图如答案图所示．

(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 kΩ，电路中的电流是2 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．