物理高考新素養(yǎng)總復(fù)習(xí)粵教版講義第十一章交變電流傳感器實(shí)驗(yàn)十二Word版含答案

實(shí)驗(yàn)十二傳感器的簡單使用一、研究熱敏電阻的熱敏特性)二、研究光敏電阻的光敏特性注意事項(xiàng)1.在做研究熱敏電阻的熱敏特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫。2.在做研究光敏電阻的光敏特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。3.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)命題角度溫度傳感器【例1】(2018·北京石景山區(qū)二模)某實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行“探究熱敏電阻的溫度特性”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室提供如下器材：熱敏電阻Rt(常溫下約8kΩ)、溫度計(jì)、電流表A(量程1mA，內(nèi)阻約200Ω)、電壓表V(量程3V，內(nèi)阻約10kΩ)、電池組E(電動勢為4.5V，內(nèi)阻約1Ω)、滑動變阻器R(最大阻值為20Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干、燒杯和水。圖1(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)所提供的器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，畫在圖1甲所示的方框中。(2)圖乙是實(shí)驗(yàn)器材的實(shí)物圖，圖中已連接了部分導(dǎo)線，請根據(jù)你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，補(bǔ)充完成實(shí)物間的連線。(3)閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑動觸頭P應(yīng)置于(填“a”或“b”)端。(4)實(shí)驗(yàn)小組利用完整的實(shí)驗(yàn)裝置測量出不同溫度下的電阻值，畫出該熱敏電阻的Rt－t圖象如圖2中的實(shí)測曲線，與圖中理論曲線相比二者有一定的差異。除了偶然誤差外，關(guān)于產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因或減小系統(tǒng)誤差的方法，下列說法中正確的是()圖2A.電流表的分壓造成電阻的測量值總比真實(shí)值大B.電壓表的分流造成電阻的測量值總比真實(shí)值小C.溫度升高到一定值后，電流表宜采用外接法D.溫度升高到一定值后，電流表宜采用內(nèi)接法解析(1)本實(shí)驗(yàn)中要探究熱敏電阻的溫度特性曲線，故滑動變阻器采用分壓接法，同時(shí)熱敏電阻阻值較大，故應(yīng)采用電流表內(nèi)接法；如圖甲所示(2)根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，如圖乙所示。(3)因當(dāng)滑動觸頭打到a端時(shí)待測電路電壓或電流為零，從而保護(hù)電流表，故答案為a。(4)由于電流表內(nèi)接，電流表的分壓使電壓表讀數(shù)大于熱敏電阻兩端的電壓，故A正確；當(dāng)溫度升高到一定值后，電阻變小，則電流表應(yīng)選用外接法，故C正確。答案(1)見解析(2)見解析(3)a(4)AC命題角度光電傳感器【例2】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如表：照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/kΩ754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)趫D3甲給定的坐標(biāo)系中描繪出光敏電阻阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。圖3(2)如圖乙所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí)，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0lx時(shí)啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計(jì)電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻RP(符號，阻值見圖表)直流電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計(jì))；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開關(guān)S及導(dǎo)線若干。解析(1)光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖甲所示，光敏電阻的阻值隨照度的增大而減小。(2)根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系，E＝3V，當(dāng)照度降低到1.0lx時(shí)，1、2兩端電壓升至2V，由圖線甲知，此時(shí)光敏電阻阻值RP＝20kΩ，URP＝2V，串聯(lián)電阻分壓UR＝1V，由eq\f(URP,UR)＝eq\f(RP,R)＝2，得R＝eq\f(RP,2)＝10kΩ，故選定值電阻R1，電路原理如圖乙所示。答案見解析熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新命題角度拓展實(shí)驗(yàn)——設(shè)計(jì)溫度報(bào)警器【例3】(2016·全國卷Ⅰ，23)現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報(bào)警器的電流超過20mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時(shí)阻值為650.0Ω。(1)在圖4中完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線。圖4(2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________________________。②將開關(guān)向(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至__________________________________________________________。(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用。解析(1)電路圖如答案圖。(2)U＝18V，通過報(bào)警器的電流10mA≤Ic≤20mA，故電路中總電阻R＝eq\f(U,Ic)，即900Ω≤R≤1800Ω，故滑動變阻器選R2。(3)熱敏電阻為650.0Ω時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警，電阻箱的阻值也應(yīng)為650.0Ω，實(shí)驗(yàn)調(diào)試時(shí)，將開關(guān)置于c端，緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器，直到報(bào)警器開始報(bào)警。為防止通過報(bào)警器電流過大，造成報(bào)警器燒壞，應(yīng)使滑動變阻器的滑片置于b端。答案(1)如圖所示(2)R2(3)①650.0b接通電源后，流過報(bào)警器的電流會超過20mA，報(bào)警器可能損壞②c報(bào)警器開始報(bào)警命題角度創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)——壓力傳感器的應(yīng)用【例4】材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”，利用這種效應(yīng)可以測量壓力大小。若圖5甲為某壓敏電阻在室溫下的電阻—壓力特性曲線，其中RF、R0分別表示有、無壓力時(shí)壓敏電阻的阻值。為了測量壓力F，需先測量壓敏電阻處于壓力中的電阻值RF。請按要求完成下列實(shí)驗(yàn)。圖5(1)設(shè)計(jì)一個(gè)可以測量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖(壓敏電阻及所給壓力已給出，待測壓力大小約為0.4×102N～0.8×102N，不考慮壓力對電路其他部分的影響)，要求誤差較小，提供的器材如下：A.壓敏電阻，無壓力時(shí)阻值R0＝6000ΩB.滑動變阻器R，全電阻阻值約200ΩC.電流表A，量程2.5mA，內(nèi)阻約30ΩD.電壓表V，量程3V，內(nèi)阻約3kΩE.直流電源E，電動勢3V，內(nèi)阻很小F.開關(guān)S，導(dǎo)線若干(2)正確接線后，將壓敏電阻置于待測壓力下，通過壓敏電阻的電流是1.33mA，電壓表的示數(shù)如圖丙所示，則電壓表的讀數(shù)為V。(3)此時(shí)壓敏電阻的阻值為Ω；結(jié)合圖甲可知待測壓力的大小F＝N。(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)解析(1)根據(jù)題述對實(shí)驗(yàn)電路的要求，應(yīng)該采用分壓式接法、電流表內(nèi)接的電路，原理圖如圖所示。(2)根據(jù)電壓表讀數(shù)規(guī)則，電壓表讀數(shù)為2.00V。(3)由歐姆定律，此時(shí)壓敏電阻的阻值為RF＝eq\f(U,I)－RA≈1.5×103Ω，eq\f(R0,RF)＝4，由題圖甲可知，對應(yīng)的待測壓力F＝60N。答案(1)見解析圖(2)2.00(3)1.5×103601.利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高。(1)如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個(gè)電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變(填“大”或“小”)。(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度。如果刻度盤正中的溫度為20℃(如圖6甲所示)，則25℃的刻度應(yīng)在20℃的刻度的(填“左”或“右”)側(cè)。圖6(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計(jì)一個(gè)電路。解析(1)因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時(shí)，電阻增大。故電路中電流會減小。(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25℃的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20℃的刻度的右側(cè)。(3)如圖所示。答案(1)小(2)右(3)見解析2.為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強(qiáng)光照射時(shí)電阻的大小關(guān)系，某同學(xué)用如圖7甲所示的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出兩種U－I圖線，如圖乙所示。圖7(1)根據(jù)U－I圖線可知正常光照射時(shí)光敏電阻的阻值為Ω，強(qiáng)光照射時(shí)電阻為Ω；(2)若實(shí)驗(yàn)中所用電壓表的內(nèi)阻約為5kΩ，毫安表的內(nèi)阻約為100Ω，考慮到電表內(nèi)阻對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，此實(shí)驗(yàn)中(選填“正常光照射時(shí)”或“強(qiáng)光照射時(shí)”)測得的電阻誤差較大。若測量這種光照下的電阻，則需將實(shí)物圖中毫安表的連接方式采用(選填“內(nèi)接”或“外接”)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確。解析(1)光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小，結(jié)合圖乙知正常光照射時(shí)R1＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(2.4,0.8×10－3)Ω＝3000Ω，強(qiáng)光射時(shí)R2＝eq\f(U2,I2)＝eq\f(0.8,4.0×10－3)Ω＝200Ω。(2)實(shí)驗(yàn)電路采用的是毫安表內(nèi)接法，測得的結(jié)果比真實(shí)值偏大，當(dāng)待測電阻遠(yuǎn)大于毫安表電阻時(shí)實(shí)驗(yàn)誤差較小，所以強(qiáng)光照射時(shí)誤差較大；強(qiáng)光照射時(shí)采用毫安表外接法實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確。答案(1)3000200(2)強(qiáng)光照射時(shí)外接3.如圖8所示，圖甲為熱敏電阻的R－t圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100Ω。當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E＝9.0V，內(nèi)阻不計(jì)。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。圖8(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在(填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50℃，可變電阻R′的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為Ω。解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。當(dāng)線圈中的電流較小時(shí)，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高。隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當(dāng)線圈中的電流大于或等于20mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降