（通用版）2020版高考物理一輪復習 第十一章 第71課時 傳感器的簡單使用（實驗增分課）講義（含解析）.doc

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第71課時　傳感器的簡單使用(實驗增分課) 一、實驗目的 1．認識熱敏電阻、光敏電阻等敏感元器件的特性。 2．了解傳感器的使用方法。 二、實驗原理 1．傳感器能夠將感受到的物理量(力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量)。 2．傳感器工作過程如圖所示。 三、實驗器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等。 謹記部分器材用途 光敏電阻 光照增強時電阻變小 熱敏電阻 溫度升高時電阻變小 多用電表 測量敏感元件的電阻 繼電器 自動控制電路的元件，相當于開關 　　四、實驗過程 1．研究熱敏電阻的特性 (1)實驗步驟 ①按圖示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 ②將熱水和冷水分n次注入燒杯中，記錄每一次溫度值和兩電表讀數(shù)。 ③利用R＝計算出每一次熱敏電阻的阻值。 (2)數(shù)據(jù)處理 ①根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測量到的溫度值和電阻值填入表中，分析熱敏電阻的特性。 溫度(℃) 電阻(Ω) ②在坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。 ③根據(jù)Rt圖線，得出結論(熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小)。 2．研究光敏電阻的特性 (1)實驗步驟 ①將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器按如圖所示電路連接好，并將多用電表置于歐姆“100”擋。 ②先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。 ③打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 ④用手掌(或黑紙)遮光，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。 (2)數(shù)據(jù)處理 把記錄的結果填入表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。 光照強度 弱 中 強 無光照射 阻值(Ω) 結論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強電阻變小，光照減弱電阻變大。 五、注意事項 1．在做熱敏電阻實驗時，加入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，并同時讀出水溫和電壓、電流值。 2．光敏電阻實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上的小孔改變照射到光敏電阻上的光的強度。 1．數(shù)碼相機的普及逐漸淘汰了傳統(tǒng)膠片相機。數(shù)碼相機的主要部件是電荷耦合器(CCD)，能將光學量轉化為電學量。該部件可視為一種(　　) A．力傳感器　　　　　　 B．溫度傳感器 C．光傳感器 D．霍爾元件 解析：選C　由題意可知CCD能把光學量轉化為電學量，因而是一種光傳感器，C正確。 2.如圖所示，將一光敏電阻接在多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時，表針自左向右的偏角為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針自左向右的偏角為θ′，則可判斷(　　) A．θ′＝θ B．θ′<θ C．θ′>θ D．不能確定 解析：選B　光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，由歐姆擋的特點知，表針向左偏，故表針自左向右的偏轉角度θ′<θ。故B正確。 3.如圖所示是觀察電阻R的阻值隨溫度變化情況的原理圖，現(xiàn)在將杯中的冷水加熱，關于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(　　) A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯 解析：選C　如果R為金屬熱電阻，則讀數(shù)變大，但不會非常明顯，故A、B錯；如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯，故C對，D錯。 4．如圖1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IU關系圖線。 (1)為了通過測量得到如圖1所示IU關系的完整圖線，在圖2甲和乙兩個電路中應選擇的電路是________(選填“甲”或“乙”)；簡要說明理由：______________________。 (2)在如圖3所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1＝250 Ω。由熱敏電阻的IU關系圖線可知，熱敏電阻兩端的電壓為________V；電阻R2的阻值為________Ω。 解析：(1)應選擇電路甲，因為電路甲電壓可從0調到所需電壓，電壓調節(jié)范圍大。 (2)由題圖3知R2與熱敏電阻串聯(lián)后，與R1并聯(lián)接在9 V 電源上，總電流I＝70 mA，R1＝250 Ω。設通過熱敏電阻的電流為I2，通過R1的電流為I1，則I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝mA＝34 mA。由題圖1查得34 mA對應的電壓約為5.1 V，R2兩端電壓U2＝9 V－5.1 V＝3.9 V，所以R2＝≈114.7 Ω。 答案：(1)甲　因為電路甲電壓可從0調到所需電壓，電壓調節(jié)范圍大　(2)5.1　114.7 5．(1)如圖甲所示為某賓館的房卡，只有把房卡插入槽中，房間內的燈和插座才會有電。房卡的作用相當于一個________(填電路元件名稱)接在干路上。 (2)如圖乙所示，當房客進門時，只要將帶有磁鐵的卡P插入盒子Q中，這時由于磁鐵吸引簧片，開關B就接通，通過繼電器J使整個房間的電器的總開關接通，房客便能使用室內各種用電器。當繼電器工作時，cd相吸，ab便接通。請你將各接線端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10適當?shù)剡B接起來，構成正常的電門卡電路。 解析：(1)房卡可以控制房間內的燈和插座，不插入槽中，房間內所有的燈和插座都不工作，所以房卡相當于干路上的開關。 (2)將開關B與電源E、線圈連成一個回路；將三個燈泡所在電路與交流電源接成回路，即按8—7,4—5,6—9,1—3,2—10連接起來，構成正常的電門卡電路如圖所示。 答案：(1)開關　(2)見解析圖 傳感器可以看成一種電學元件，所以對傳感器實驗的考查，歸根結底還是對電學電路實驗的考查。　　 [例1]　某些固體材料受到外力后除了產生形變，其電阻率也要發(fā)生變化，這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應”?，F(xiàn)用如圖甲所示的電路研究某長薄板電阻Rx的壓阻效應，已知電阻Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐，實驗室中有下列器材： A．電源E(3 V，內阻約為1 Ω) B．電流表A1(0～0.6 A，內阻r1＝5 Ω) C．電流表A2(0～0.6 A，內阻r2約為1 Ω) D．開關S，定值電阻R0 (1)為了比較準確地測量電阻Rx的阻值，請完成圖甲虛線框內電路圖的設計。 (2)在電阻Rx上加一個豎直向下的力F(設豎直向下為正方向)，閉合開關S，記下電流表讀數(shù)，電流表A1讀數(shù)為I1，電流表A2讀數(shù)為I2，得Rx＝________(用字母表示)。 (3)改變力F的大小，得到不同電阻Rx的值。然后讓力F反向從下向上擠壓電阻Rx，并改變力F的大小，得到不同電阻Rx的值，最后繪成圖像如圖乙所示，除觀察到電阻Rx的阻值隨力F增大而均勻減小外，還可得到的結論是_________________________________，當力F豎直向下時可得電阻Rx與其所受力F的數(shù)值關系式是Rx＝________。 [三步化“新”為“熟”] 1．本實驗的實驗目的是研究長薄板電阻Rx的“壓阻效應”。 2．實驗原理是伏安法測電阻，但本題中沒有給出電壓表，則可將內阻已知的一只電流表改裝為電壓表后進行測量。 3．數(shù)據(jù)處理是測出電流表A1、A2的讀數(shù)I1、I2，則被測電阻的電壓U＝I1r1，通過電阻的電流I＝I2－I1，則電阻Rx＝＝，多次測量獲得不同力F下的Rx值。作出RxF圖像，分析圖像就可以得知薄板電阻Rx“壓阻效應”的規(guī)律。 [解析]　(1)測量電阻Rx的阻值需要測出電阻Rx兩端電壓與通過電阻Rx的電流，所給實驗器材中沒有電壓表，可以用已知內阻的電流表A1與待測電阻Rx并聯(lián)，測出電阻Rx兩端電壓，用電流表A2串聯(lián)在電路中測電路電流，實驗電路圖如圖所示。 (2)電流表A1兩端的電壓U＝I1r1，通過電阻Rx的電流I＝I2－I1，故電阻Rx的阻值為Rx＝＝。 (3)由題圖乙所示圖像可知，該圖像具有對稱性，當正、反向力F大小相等時，對應的電阻Rx阻值相等；由題圖乙可知，電阻與力F是一次函數(shù)關系，設關系式為Rx＝R0＋kF，由題圖乙可知R0＝16 Ω，把Rx＝14 Ω，F(xiàn)＝1 N代入關系式，解得k＝－2，則數(shù)值關系式為Rx＝16－2F。 [答案]　(1)見解析圖　(2)　(3)當正、反向力F大小相等時，對應的電阻阻值相等　16－2F [例2]　(2016全國卷Ⅰ)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)完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (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(jù)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。 [三步化“新”為“熟”] 1．本實驗的目的是設計報警電路并對電路進行調節(jié)。 2．本題從熱敏電阻的應用、電路設計、等效替代、估算法等幾方面進行了實驗創(chuàng)新，而在儀器的選擇、滑動變阻器的限流式連接、電阻箱的等效替代等方面和其他電學實驗是一致的。 3．本題進行數(shù)據(jù)處理的前提和關鍵在于弄清實驗原理，完成電路圖的連接后，利用歐姆定律進行計算。 [解析]　(1)電路圖連接如圖所示。 (2)報警器開始報警時，對整個回路有U＝Ic(R滑＋R熱)，代入數(shù)據(jù)可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑動變阻器應選用R2。 (3)①在調節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應為報警器報警時熱敏電阻的阻值，即為650.0 Ω?；瑒幼冏杵髟陔娐分袨橄蘖鹘臃?，滑片應置于b端附近，若置于另一端a，閉合開關時，電路中的電流I＝ A≈27.7 mA，超過報警器最大電流20 mA，報警器可能損壞。②開關應先向c端閉合，移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警為止。 [答案]　(1)連線見解析圖　(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?、赾　報警器開始報警 [創(chuàng)新角度歸納] 實驗原理 的拓展 使用熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻等敏感元件可以實現(xiàn)自動報警、自動控制等 實驗器材 的替代 使用單刀雙擲開關實現(xiàn)熱敏電阻和電阻箱的等效替代，如圖所示 數(shù)據(jù)處理 的創(chuàng)新 利用估算法、圖像法處理實驗數(shù)據(jù)或者選擇滑動變阻器，利用等效替代法對含敏感元件的電路進行調試