（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第71課時(shí) 傳感器的簡(jiǎn)單使用（實(shí)驗(yàn)增分課）講義（含解析）.doc

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第71課時(shí)　傳感器的簡(jiǎn)單使用(實(shí)驗(yàn)增分課) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)原理 1．傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)。 2．傳感器工作過(guò)程如圖所示。 三、實(shí)驗(yàn)器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等。 謹(jǐn)記部分器材用途 光敏電阻 光照增強(qiáng)時(shí)電阻變小 熱敏電阻 溫度升高時(shí)電阻變小 多用電表 測(cè)量敏感元件的電阻 繼電器 自動(dòng)控制電路的元件，相當(dāng)于開(kāi)關(guān) 　　四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1．研究熱敏電阻的特性 (1)實(shí)驗(yàn)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(jì)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(cè)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(biāo)系中，粗略畫(huà)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(jié)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(shí)驗(yàn)步驟 ①將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動(dòng)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(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。 ③打開(kāi)電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤(pán)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(pán)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(jié)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(qiáng)度 弱 中 強(qiáng) 無(wú)光照射 阻值(Ω) 結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大。 五、注意事項(xiàng) 1．在做熱敏電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫和電壓、電流值。 2．光敏電阻實(shí)驗(yàn)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(guò)蓋上的小孔改變照射到光敏電阻上的光的強(qiáng)度。 1．?dāng)?shù)碼相機(jī)的普及逐漸淘汰了傳統(tǒng)膠片相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)的主要部件是電荷耦合器(CCD)，能將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)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(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)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(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，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(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，由歐姆擋的特點(diǎn)知，表針向左偏，故表針自左向右的偏轉(zhuǎn)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(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(huì)非常明顯，故A、B錯(cuò)；如果R為熱敏電阻，讀數(shù)變化非常明顯，故C對(duì)，D錯(cuò)。 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(duì)溫度很敏感)的IU關(guān)系圖線。 (1)為了通過(guò)測(cè)量得到如圖1所示IU關(guān)系的完整圖線，在圖2甲和乙兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的電路是________(選填“甲”或“乙”)；簡(jiǎn)要說(shuō)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(guān)系圖線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_(kāi)_______V；電阻R2的阻值為_(kāi)_______Ω。 解析：(1)應(yīng)選擇電路甲，因?yàn)殡娐芳纂妷嚎蓮?調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)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(shè)通過(guò)熱敏電阻的電流為I2，通過(guò)R1的電流為I1，則I＝I1＋I(xiàn)2，故I2＝I－I1＝mA＝34 mA。由題圖1查得34 mA對(duì)應(yīng)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?yàn)殡娐芳纂妷嚎蓮?調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)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(nèi)的燈和插座才會(huì)有電。房卡的作用相當(dāng)于一個(gè)________(填電路元件名稱)接在干路上。 (2)如圖乙所示，當(dāng)房客進(jìn)門時(shí)，只要將帶有磁鐵的卡P插入盒子Q中，這時(shí)由于磁鐵吸引簧片，開(kāi)關(guān)B就接通，通過(guò)繼電器J使整個(gè)房間的電器的總開(kāi)關(guān)接通，房客便能使用室內(nèi)各種用電器。當(dāng)繼電器工作時(shí)，cd相吸，ab便接通。請(qǐng)你將各接線端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10適當(dāng)?shù)剡B接起來(lái)，構(gòu)成正常的電門卡電路。 解析：(1)房卡可以控制房間內(nèi)的燈和插座，不插入槽中，房間內(nèi)所有的燈和插座都不工作，所以房卡相當(dāng)于干路上的開(kāi)關(guān)。 (2)將開(kāi)關(guān)B與電源E、線圈連成一個(gè)回路；將三個(gè)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(lái)，構(gòu)成正常的電門卡電路如圖所示。 答案：(1)開(kāi)關(guān)　(2)見(jiàn)解析圖 傳感器可以看成一種電學(xué)元件，所以對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)的考查，歸根結(jié)底還是對(duì)電學(xué)電路實(shí)驗(yàn)的考查?！　? [例1]　某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)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(yīng)”?，F(xiàn)用如圖甲所示的電路研究某長(zhǎng)薄板電阻Rx的壓阻效應(yīng)，已知電阻Rx的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐，實(shí)驗(yàn)室中有下列器材： A．電源E(3 V，內(nèi)阻約為1 Ω) B．電流表A1(0～0.6 A，內(nèi)阻r1＝5 Ω) C．電流表A2(0～0.6 A，內(nèi)阻r2約為1 Ω) D．開(kāi)關(guān)S，定值電阻R0 (1)為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量電阻Rx的阻值，請(qǐng)完成圖甲虛線框內(nèi)電路圖的設(shè)計(jì)。 (2)在電阻Rx上加一個(gè)豎直向下的力F(設(shè)豎直向下為正方向)，閉合開(kāi)關(guān)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(jié)論是_________________________________，當(dāng)力F豎直向下時(shí)可得電阻Rx與其所受力F的數(shù)值關(guān)系式是Rx＝________。 [三步化“新”為“熟”] 1．本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯块L(zhǎng)薄板電阻Rx的“壓阻效應(yīng)”。 2．實(shí)驗(yàn)原理是伏安法測(cè)電阻，但本題中沒(méi)有給出電壓表，則可將內(nèi)阻已知的一只電流表改裝為電壓表后進(jìn)行測(cè)量。 3．?dāng)?shù)據(jù)處理是測(cè)出電流表A1、A2的讀數(shù)I1、I2，則被測(cè)電阻的電壓U＝I1r1，通過(guò)電阻的電流I＝I2－I1，則電阻Rx＝＝，多次測(cè)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(yīng)”的規(guī)律。 [解析]　(1)測(cè)量電阻Rx的阻值需要測(cè)出電阻Rx兩端電壓與通過(guò)電阻Rx的電流，所給實(shí)驗(yàn)器材中沒(méi)有電壓表，可以用已知內(nèi)阻的電流表A1與待測(cè)電阻Rx并聯(lián)，測(cè)出電阻Rx兩端電壓，用電流表A2串聯(lián)在電路中測(cè)電路電流，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示。 (2)電流表A1兩端的電壓U＝I1r1，通過(guò)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(duì)稱性，當(dāng)正、反向力F大小相等時(shí)，對(duì)應(yīng)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(guān)系，設(shè)關(guān)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(guān)系式，解得k＝－2，則數(shù)值關(guān)系式為Rx＝16－2F。 [答案]　(1)見(jiàn)解析圖　(2)　(3)當(dāng)正、反向力F大小相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻阻值相等　16－2F [例2]　(2016全國(guó)卷Ⅰ)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(guò)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(guò)的電流超過(guò)Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。 在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)20 mA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650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)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_(kāi)_______Ω；滑動(dòng)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(kāi)關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。 (4)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，將開(kāi)關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用。 [三步化“新”為“熟”] 1．本實(shí)驗(yàn)的目的是設(shè)計(jì)報(bào)警電路并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2．本題從熱敏電阻的應(yīng)用、電路設(shè)計(jì)、等效替代、估算法等幾方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，而在儀器的選擇、滑動(dòng)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(xué)實(shí)驗(yàn)是一致的。 3．本題進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的前提和關(guān)鍵在于弄清實(shí)驗(yàn)原理，完成電路圖的連接后，利用歐姆定律進(jìn)行計(jì)算。 [解析]　(1)電路圖連接如圖所示。 (2)報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警時(shí)，對(duì)整個(gè)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(dòng)變阻器應(yīng)選用R2。 (3)①在調(diào)節(jié)過(guò)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(yīng)為報(bào)警器報(bào)警時(shí)熱敏電阻的阻值，即為650.0 Ω?；瑒?dòng)變阻器在電路中為限流接法，滑片應(yīng)置于b端附近，若置于另一端a，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，電路中的電流I＝ A≈27.7 mA，超過(guò)報(bào)警器最大電流20 mA，報(bào)警器可能損壞。②開(kāi)關(guān)應(yīng)先向c端閉合，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警為止。 [答案]　(1)連線見(jiàn)解析圖　(2)R2　(3)①650.0　b　接通電源后，流過(guò)報(bào)警器的電流會(huì)超過(guò)20 mA，報(bào)警器可能損壞?、赾　報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警 [創(chuàng)新角度歸納] 實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制等 實(shí)驗(yàn)器材 的替代 使用單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者選擇滑動(dòng)變阻器，利用等效替代法對(duì)含敏感元件的電路進(jìn)行調(diào)試