2019版高考物理總復習 第十一章 交變電流傳感器 實驗十二 傳感器的簡單使用學案.doc

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實驗十二　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 1.在做熱敏實驗時，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，并同時讀出水溫。 2.光敏實驗中，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零。 熱點一　教材原型實驗 【例1】　利用負溫度系數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的溫度變化，反應快，而且精確度高。 (1)如果將負溫度系數熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，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1甲所示)，則25 ℃的刻度應在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)側。 圖1 (3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內檢測大棚內溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設計一個電路。 解析　(1)因為負溫度系數熱敏電阻溫度降低時，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 ℃的刻度應對應較大電流，故在20 ℃的刻度的右側。 (3)如圖所示。 答案　(1)小　(2)右　(3)見解析 【變式訓練1】　為了研究光敏電阻在室內正常光照射和室外強光照射時電阻的大小關系，某同學用如圖2甲所示的電路進行實驗，得出兩種U－I圖線，如圖乙所示。 圖2 (1)根據U－I圖線可知正常光照射時光敏電阻的阻值為__________ Ω，強光照射時電阻為__________Ω； (2)若實驗中所用電壓表的內阻約為5 kΩ，毫安表的內阻約為100 Ω，考慮到電表內阻對實驗結果的影響，此實驗中__________(選填“正常光照射時”或“強光照射時”)測得的電阻誤差較大。若測量這種光照下的電阻，則需將實物圖中毫安表的連接方式采用__________(選填“內接”或“外接”)法進行實驗，實驗結果較為準確。 解析　(1)光敏電阻的阻值隨光照的增強而減小，結合圖乙知正常光照射時R1＝＝＝3 000 Ω ，強光射時R2＝＝＝200 Ω。 (2)實驗電路采用的是毫安表內接法，測得的結果比真實值偏大，當待測電阻遠大于毫安表電阻時實驗誤差較小，所以強光照射時誤差較大；強光照射時采用毫安表外接法實驗結果較為準確。 答案　(1)3 000　200　(2)強光照射時　外接 熱點二　實驗拓展創(chuàng)新 【例2】　(2016全國卷Ⅰ，23)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關一個，導線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。 (1)在圖3中完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 圖3 (2)電路中應選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調到一固定的阻值，根據實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_______________________________________________________。 ②將開關向________(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，將開關向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。 解析　(1)電路圖如答案圖。 (2)U＝18 V，通過報警器的電流10 mA≤Ic≤20 mA，故電路中總電阻R＝，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑動變阻器選R2。 (3)熱敏電阻為650.0 Ω時，報警器開始報警，電阻箱的阻值也應為650.0 Ω，實驗調試時，將開關置于c端，緩慢調節(jié)滑動變阻器，直到報警器開始報警。為防止通過報警器電流過大，造成報警器燒壞，應使滑動變阻器的滑片置于b端。 答案　(1)如圖所示 (2)R2 (3)①650.0　b　接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞 ②c　報警器開始報警 【變式訓練2】　(2017江蘇單科，11)某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置，實驗原理電路圖如圖4甲所示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當繼電器的電流超過1 5 mA 時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20 Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關系如下表所示。 t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 (1)提供的實驗器材有：電源E1(3 V，內阻不計)、電源E2(6 V，內阻不計)、滑動變阻器R1(0～200 Ω)、滑動變阻器R2(0～500 Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9 Ω)、開關S、導線若干。 為使該裝置實現(xiàn)對30～80 ℃之間任一溫度的控制，電源E應選用________(選填“E1”或“E2”)，滑動變阻器R應選用________(選填“R1”或“R2”)。 圖4 (2)實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學為排查電路故障，用多用電表測量各接點間的電壓，則應將如圖乙所示的選擇開關旋至________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)。 (3)合上開關S，用調節(jié)好的多用電表進行排查。在圖甲中，若只有b、c間斷路，則應發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針________(選填“偏轉”或“不偏轉”)，接入a、c時指針________(選填“偏轉”或“不偏轉”)。 (4)排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50 ℃時被吸合，下列操作步驟的正確順序是________。(填寫各步驟前的序號) ①將熱敏電阻接入電路 ②觀察到繼電器的銜鐵被吸合 ③斷開開關，將電阻箱從電路中移除 ④合上開關，調節(jié)滑動變阻器的阻值 ⑤斷開開關，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調至108.1 Ω 解析　(1)為保持繼電器的靈敏度，即電路中的電流易超過15 mA，應選電動勢大的電源E2；當溫度為80 ℃時，滑動變阻器接入電路的最小電阻為R＝－Rt＝350.9 Ω，故滑動變阻器應選R2。 (2)因電路中有電源，排查電路故障應選用多用電表的直流電壓擋，故選C。 (3)只有b、c間斷路，表筆接入a、b間時，電表與電源之間形不成閉合電路，則電表指針不偏轉，表筆接入a、c間時，能形成閉合電路，電表指針發(fā)生偏轉。 (4)欲使銜鐵在50 ℃被吸合，由表中數據可知，此時熱敏電阻的阻值為108.1 Ω，操作步驟應是先斷開開關，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調至108.1 Ω，閉合開關，調節(jié)滑動變阻器的阻值，觀察繼電器的銜鐵被吸合，然后斷開開關，將電阻箱從電路中移除，再將熱敏電阻接入電路原位置，故步驟順序應為⑤④②③① 答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏轉　偏轉 (4)⑤④②③① 1.(2018平頂山模擬)傳感器是一種采集信息的重要器件。如圖5所示是一種測定壓力的電容式傳感器，A為固定電極，B為可動電極，組成一個電容大小可變的電容器。可動電極兩端固定，當待測壓力施加在可動電極上時，可動電極發(fā)生形變，從而改變了電容器的電容?，F(xiàn)將此電容式傳感器與零刻線在中央的靈敏電流表和電源串聯(lián)，組成閉合電路，已知電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏轉。當待測壓力增大時(　　) 圖5 A.電容器的電容將減小 B.靈敏電流表指針在正中央零刻線處 C.靈敏電流表指針向左偏轉 D.靈敏電流表指針向右偏轉 解析　當待測壓力增大時，電容器板間距離減小，由C＝知，電容器的電容增大，選項A錯誤；由于電容器與電源相連，故電壓U不變，由Q＝CU知，電容器的電荷量將增加，即電容器需充電，故電流從電流表的正接線柱流入，指針將向右偏轉，選項B、C錯誤，D正確。 答案　D 2.如圖6所示為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的 I－U關系曲線圖。 圖6 (1)為了通過測量得到如圖6所示I－U關系的完整曲線，如圖7所示的a和b兩個電路中應選擇的是圖________，簡要說明理由：___________________________ _____________________________________________________________________。 (電源電動勢為9 V，內阻不計，滑動變阻器的阻值為0～100 Ω) 圖7 (2)在圖c所示的電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數為70 mA，定值電阻R1＝250 Ω。則熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為________Ω。 解析　由于圖中要求測量多組數據，所需電壓調節(jié)范圍較大，且從零開始變化，所以應選用分壓電路，即圖a；根據歐姆定律可以先求出R1的電流I1＝36 mA，所以熱敏電阻和R2電流為I2＝I－I1＝34 mA，由圖可讀出熱敏電阻在34 mA時的電壓為5.2 V，則R2兩端電壓為3.8 V，即可求出R2＝111.8 Ω。 答案　(1)a　電壓可從0 V調到所需電壓，調節(jié)范圍較大 (2)5.2　111.8(111.6～112.0均可)