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實驗12.2 傳感器的簡單應用 ◎考題實戰(zhàn) 掌握高考脈搏 1．（2016北京卷）熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。圖1為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t化的示意圖。由圖可知，這種熱敏電阻在溫度上升時導電能力__________（選填“增強”或“減弱”）；相對金屬熱電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的影響更__________（選填“敏感”或“不敏感”）。 【答案】增強 敏感 2．(2016課標卷Ⅰ，23)現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)電路連線如答案圖． 【答案】　(1)連線如圖所示　(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?、赾　報警器開始報警 3．(2017江蘇卷，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1所示，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯接在電源E兩端，當繼電器的電流超過15 mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現溫控．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1　　　　　　　　　　圖2 (2)實驗發(fā)現電路不工作．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2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1中，若只有b、c間斷路，則應發(fā)現表筆接入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 (3)a、b間電壓為0，指針不偏轉． 接入a、c時，多用電表與電源等構成回路，指針偏轉． (4)連接電路時，先用電阻箱代替熱敏電阻，調節(jié)滑動變阻器阻值，銜鐵被吸合時，調節(jié)完畢，移除電阻箱換為熱敏電阻即可，正確的順序為⑤④②③①. 【答案】　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏轉　偏轉　(4)⑤④②③① 4.（2018新課標Ⅰ）某實驗小組利用如圖（a）所示的電路探究在25℃~80℃范圍內某熱敏電阻的溫度特性，所用器材有：置于溫控室（圖中虛線區(qū)域）中的熱敏電阻RT，其標稱值（25℃時的阻值）為900.0 Ω：電源E（6 V，內阻可忽略）：電壓表 （量程150 mV）：定值電阻R0（阻值20.0 Ω），滑動變阻器R1（最大阻值為1 000 Ω）：電阻箱R2（阻值范圍0-999.9 Ω）：單刀開關S1，單刀雙擲開關S2。 實驗時，先按圖（a）連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃，將S2與1端接通，閉合S1，調節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數為某一值U0：保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調節(jié)R2，使電壓表讀數仍為U0：斷開S1，記下此時R2的讀數，逐步降低溫控室的溫度t，得到相應溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0C，實驗得到的R2-t數據見下表。 t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列問題： （1）在閉合S1前，圖（a）中R1的滑片應移動到 （填“a”或“b”）端； （2）在圖（b）的坐標紙上補齊數據表中所給數據點，并做出R2-t曲線： （3）由圖（b）可得到RT在25℃-80C范圍內的溫度特性，當t=44.0℃時，可得RT= Ω； （4）將RT握于手心，手心溫度下R2的相應讀數如圖（c）所示，該讀數為 Ω，則手心溫度為 ℃。 【解析】本題主要考查研究小燈泡的伏安特性實驗、利用伏安特性曲線計算實際功率及其相關的知識點，意在考查考生對小燈泡伏安特性曲線的理解和靈活運用相關知識，解決實際問題的能力。 【解析】 （1）圖（a）的電路滑動變阻器采用限流接法，在閉合S1前，R1應該調節(jié)到接入電路部分的電阻值最大，可使開關閉合時電路電流最小，防止燒壞儀器，所以應移至b端 （2）根據題目所給數據，連出曲線即可 【答案】（1）b （2）如圖所示 （3）450 （4）620.0 33.0 ◎考法模擬 悟透破題之道 5. (2018甘肅重點中學協(xié)作體第一次聯考)溫度傳感器是一種將溫度變化轉換為電學物理量變化的裝置，它通過測量傳感器元件的電學物理量隨溫度的變化來實現溫度的測量，其核心部件是由半導體材料制成的熱敏電阻．在某次實驗中，為了測量熱敏電阻RT在0 ℃到100 ℃之間多個溫度下的阻值，一實驗小組設計了如圖甲所示的電路．其中是量程為1 mA、內阻忽略不計的電流表，E為電源，R為滑動變阻器，R0為電阻箱，S為單刀雙擲開關． 圖甲 其實驗步驟如下： A．調節(jié)溫度，使得RT的溫度達到t1； B．將S撥向接點1，調節(jié)滑動變阻器R，使電流表的指針偏轉到適當位置，記下此時電流表的讀數I1； C．將S撥向接點2，只調節(jié)電阻箱R0，使電流表的讀數仍為I1，記下此時電阻箱的讀數R1； D．改變RT的溫度，重復以上步驟，即可測得該熱敏電阻RT的阻值隨溫度的變化關系． (1)由以上操作過程可知，當RT的溫度為t1時，RT＝________. (2)實驗測得的一組數據如下表所示，請根據表中數據在圖乙中作出RT隨溫度t變化的圖象； t/℃ 0 20 40 60 80 100 RT/Ω 100 120 139 161 180 201 圖乙 由圖乙可知，熱敏電阻RT的阻值隨溫度t變化的關系式為________. (3)若把該熱敏電阻與電源(電動勢E＝1.5 V、內阻不計)、電流表(量程為5 mA、內阻Rg＝ 100 Ω)、電阻箱R0串聯起來，連成如圖丙所示的電路，用該電阻作測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度，就得到一個簡單的“熱敏電阻測溫計”． 圖丙 ①電流表刻度較大處對應的溫度刻度應該________(選填“較大”或“較小”)； ②若電阻箱的阻值取R0＝220 Ω，則電流表3 mA處所對應的溫度刻度為________℃. 【解析】　(1)將開關S由接點1撥到接點2，并使電路中的電流不變，說明電路中的總電阻不變，所 【答案】　(1)R1　(2)如圖所示　RT＝(100＋t)Ω (3)較小　80 6．(2016河南鄭州高三二檢)為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)。光控開關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弱，光越強，照度越大，照度單位為lx)。 (1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如下表，根據表中已知數據，在如圖甲所示的坐標系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線。由圖象可求出照度為1.0 lx時的電阻約為________ kΩ。 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻/kΩ 5.8 3.7 2.8 2.3 1.8 (2)如圖乙所示是街道路燈自動控制模擬電路，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電。為達到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應接在________(填“AB”或“BC”)之間，請用筆畫線代替導線，正確連接電路元件。 (3)用多用電表“10 Ω”擋，按正確步驟測量圖乙中電磁鐵線圈電阻時，指針示數如圖丙所示，則線圈的電阻為________ Ω。已知當線圈中的電流大于或等于2 mA時，繼電器的街鐵將被吸合。圖中直流電源的電動勢E＝6 V，內阻忽略不計，滑動變阻器有三種規(guī)格可供選擇：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，0.1 A)。要求天色漸暗照度降低至1.0 lx時點亮路燈，滑動變阻器應選擇________(填“R1”“R2”或“R3”)。為使天色更暗時才點亮路燈，應適當地________(填“增大”或“減小”)滑動變阻器的電阻。 【解析】　 【答案】　(1)2.0　(2)AB　如圖所示 (3)140　R3　減小 7．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　________(選填“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 ℃(如圖甲所示)，則25 ℃的刻度應在20 ℃的刻度的　________(選填“左”或“右”)側． (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． 【答案】　(1)小　(2)右　(3)見解析圖 8．一臺臭氧發(fā)生器P的電阻為10 kΩ，當供電電壓等于24 V時能正常工作，否則不產生臭氧．現要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時能產生臭氧，在黑暗時不產生臭氧，擬用一個光敏電阻R1對它進行控制，R1的阻值在有光照時為100 Ω，黑暗時為1 000 Ω、允許通過的最大電流為3 mA；電源E的電壓為36 V、內阻不計；另有一個滑動變阻器R2，阻值為0～100 Ω、允許通過的最大電流為0.4 A；一個開關S和導線若干．臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號如圖所示． 設計一個滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標上字母代號，其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標上字母A、B(電路圖畫在虛線框內)． 【答案】　見解析圖 9．為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)．光控開關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弱，光越強照度越大，照度單位為lx)．某光敏電阻ROS在不同照度下的阻值如表所示： 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 (1)根據表中數據，請在圖1給定的坐標系中描繪出光敏電阻阻值隨照度變化的曲線，并說明光敏電阻阻值隨照度變化的特點． 圖1 (2)如圖2所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設計一個簡單電路給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗、照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內完成電路原理圖．(不考慮控制開關對所設計電路的影響) 圖2 提供的器材如下： 光敏電阻ROS(符號，阻值見上面表格)； 直流電源E(電動勢3 V，內阻不計)； 定值電阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限選其中之一并在圖中標出)； 開關S及導線若干． 【解析】　(1)根據表中的數據，在坐標系中描點連線，得到如圖所示的變化曲線． 【答案】　見解析 10．傳感器是把非電學量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉換成電學量的變化的一種元件，在自動控制中有著相當廣泛的應用．有一種測量人的體重的電子秤，其測量部分的原理圖如圖中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)和顯示體重大小的儀表(實質是理想電流表)組成．壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1107 Pa，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系如表所示．設踏板和壓桿的質量可以忽略不計，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 V，取g＝10 m/s2.請作答： 壓力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 … 電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 … (1)該秤零點(即踏板空載時)的刻度線應標在電流表刻度盤　________　A處． (2)如果某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤的示數為20 mA，這個人的質量是　________　kg. 【答案】　(1)1.610－2　(2)50 11．如圖所示裝置可以用來測量硬彈簧(即勁度系數較大的彈簧)的勁度系數k.電源的電動勢為E，內阻可忽略不計；滑動變阻器全長為L，重力加速度為g.為理想電壓表．當木板上沒有放重物時，滑動變阻器的觸頭位于圖中a點，此時電壓表示數為零．在木板上放置質量為m的重物，滑動變阻器的觸頭隨木板一起下移．由電壓表的示數U及其他給定條件，可計算出彈簧的勁度系數k. (1)寫出m、U與k之間所滿足的關系式：________. (2)已知E＝1.50 V，L＝12.0 cm，g取9.80 m/s2.測量結果如下表： m/kg 1.00 1.50 3.00 4.50 6.00 7.50 U/V 0.108 0.154 0.290 0.446 0.608 0.740 ①在下圖中給出的坐標紙上利用表中數據描出mU直線． ②mU直線的斜率為　________　kg/V(結果保留三位有效數字)． ③彈簧的勁度系數k＝　________　N/m(結果保留三位有效數字)． 【解析】　(1)設放置質量為m的物體時彈簧的壓縮量為x，則有mg＝kx，又U＝E 解得m＝U. (2)①用描點法作圖，作出的圖象如圖所示． ③1.23103 12.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)生變化的現象稱為“壓阻效應”．現用如圖所示的電路研究某長薄板電阻Rx的壓阻效應，已知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≈1 Ω) D．開關S，定值電阻R0＝5 Ω (1)為了比較準確地測量電阻Rx的阻值，請完成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，記下電表讀數，A1的讀數為I1，A2的讀數為I2，得Rx＝　________.(用字母表示) (3)改變力的大小，得到不同的Rx值，然后讓力反向從下向上擠壓電阻，并改變力的大小，得到不同的Rx值．最后繪成的圖象如圖所示，除觀察到電阻Rx的阻值隨壓力F的增大而均勻減小外，還可以得到的結論是　__________________.當F豎直向下時，可得Fx與所受壓力F的數值關系是Rx＝　________. 【解析】　(1)利用伏安法測量電阻阻值，但所給器材缺少電壓表，可以用內阻已知的電流表A1代替， 另一個電流表A2測量電流．如圖所示． (2)電阻兩端電壓為Ux＝I1r1，流經的電流為Ix＝I2－I1，電阻Rx＝. 【答案】　(1)見解析圖　(2) (3)壓力反向，阻值不變　17－2F 13．物理興趣小組的同學要探究一質地均勻的圓柱形熱敏電阻的電阻率隨溫度變化的規(guī)律． (1)利用以下實驗器材設計實驗研究熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律： A．熱敏電阻(常溫下約300 Ω) B．溫度計 C．電流表A1(60 mA，約10 Ω) D．電流表A2(3 A，約0.1 Ω) E．電壓表V(6 V，約15 kΩ) F．滑動變阻器R1(500 Ω，0.5 A) G．滑動變阻器R2(5 Ω，2 A) H．蓄電池(9 V，0.05 Ω) I．開關一個，導線若干 ①要求通過熱敏電阻的電流從零開始增大，電流表應選擇________，滑動變阻器應選擇________(填器材前的字母標號)． ②請你將圖1中的實驗器材連接成測量電路． 圖1 (2)實驗的主要步驟： a．在燒杯中加入適量冷水和冰塊，形成冰水混合物，正確連接電路，閉合開關，記錄電流表、電壓表的示數和溫度計的示數，斷開開關； b．在燒杯中添加少量熱水，閉合開關，記錄電流表、電壓表示數和溫度計的示數，斷開開關； c．重復b的操作若干次，測得多組數據． ①若某次測量中，溫度計的示數為t，電流表、電壓表的示數分別為I、U，則溫度為t時熱敏電阻的阻值為________． ②若他們得到的熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖象如圖2所示，則熱敏電阻的阻值隨溫度變化的函數關系為R＝________． 圖2 【答案】(1)①C　G　?、谌鐖D所示 (2)①?、赗0－t 14．某課外實驗小組欲利用如圖所示的實驗裝置，將一靈敏電流表改裝為溫度計．提供的實驗器材有：靈敏電流表(量程為1.0 mA，內阻為300 Ω)，學生電源(輸出電壓為U＝2.0 V，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3 000 Ω)，單刀雙擲開關，用防水絕緣材料包裹的熱敏電阻RT，導線若干．已知熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關系為RT＝2.5t－15 (Ω)，實驗步驟如下： a．按照電路圖連接好實驗器材； b．為不燒壞靈敏電流表，將滑動變阻器的滑片P調整到a端；然后將單刀雙擲開關擲于c端，調節(jié)滑動變阻器，使靈敏電流表指針指在________(選填“中央刻線”或“滿刻線”)位置，并在以后的操作中使滑片P________(選填“位置不變”、“置于a端”或“置于b端”)； c．在容器中倒入適量熱水，將單刀雙擲開關擲于d端，隨著熱水溫度的下降，記錄若干個靈敏電流表的示數； d．根據熱敏電阻隨溫度變化的特性，計算出各個電流對應的溫度，重新制作靈敏電流表的刻度盤，改裝成溫度計． (1)為使改裝的溫度計的量程足夠大，將實驗步驟b補充完整． (2)根據實驗過程，電路中的滑動變阻器應選________(填“R1”或“R2”)． (3)靈敏電流表的電流I與熱水溫度t之間的函數關系式為I＝________ (A)，該溫度計能夠測量的最低溫度為________ ℃. (4)重新制作后的靈敏電流表的刻度盤的特點是低溫刻度在刻度盤的________(填“左”或“右”)側，刻度盤上的刻度________(填“均勻”或“不均勻”)． 【解析】 【答案】(1)滿刻線 位置不變 (2)R2 (3)　 6 (4)右　 不均勻