2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 實(shí)驗(yàn)十二 傳感器的簡(jiǎn)單使用學(xué)案.doc
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實(shí)驗(yàn)十二 傳感器的簡(jiǎn)單使用 一、研究熱敏電阻的特性 1.實(shí)驗(yàn)原理 閉合電路歐姆定律,用歐姆表進(jìn)行測(cè)量和觀察. 2.實(shí)驗(yàn)器材 半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計(jì)、鐵架臺(tái)、燒杯、涼水和熱水. 3.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按圖1連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理; 圖1 (2)把多用電表置于歐姆擋,并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒(méi)有水時(shí)熱敏電阻的阻值,并記下溫度計(jì)的示數(shù); (3)向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒(méi)在冷水中,記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值; (4)將熱水分幾次注入燒杯中,測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄. 4.數(shù)據(jù)處理 在圖2坐標(biāo)系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線. 圖2 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大. 6.注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)時(shí),加熱水后要等一會(huì)兒再測(cè)熱敏電阻阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時(shí)讀出水溫. 二、研究光敏電阻的光敏特性 1.實(shí)驗(yàn)原理 閉合電路歐姆定律,用歐姆表進(jìn)行測(cè)量和觀察. 2.實(shí)驗(yàn)器材 光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線、電源. 3.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按圖3所示電路連接好,其中多用電表置于“100”擋; 圖3 (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,觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況,并記錄; (4)用手掌(或黑紙)遮光時(shí),觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況,并記錄. 4.數(shù)據(jù)處理 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性. 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 (1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大,強(qiáng)光照射下電阻值很??; (2)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量. 6.注意事項(xiàng) (1)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)蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的多少來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? (2)歐姆表每次換擋后都要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零. 命題點(diǎn)一 溫度傳感器的應(yīng)用 例1 (2016全國(guó)卷Ⅰ23)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)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(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. 答案 (1)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 解析 (1)先用電阻箱替代熱敏電阻,連接成閉合回路進(jìn)行調(diào)試.電路圖連接如圖所示. (2)當(dāng)電路中電流Ic=10 mA時(shí),根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic=,解得R總=1 800 Ω,此時(shí)熱敏電阻的阻值為650 Ω,則滑動(dòng)變阻器的阻值為1 150 Ω,所以滑動(dòng)變阻器選R2. (3)①當(dāng)熱敏電阻阻值小于650 Ω時(shí),報(bào)警器就會(huì)報(bào)警,用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)到650 Ω.若接通電源后電路中的電流過(guò)大(超過(guò)20 mA),報(bào)警器就會(huì)損壞,電流越小越安全,所以為了電路安全,閉合開(kāi)關(guān)前滑片應(yīng)置于b端. ②用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)試,應(yīng)將開(kāi)關(guān)向c端閉合,開(kāi)關(guān)閉合后要減小電路中的電阻直至報(bào)警器報(bào)警. 變式1 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(lái)測(cè)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5甲所示),則25 ℃的刻度應(yīng)在20 ℃的刻度的______(填“左”或“右”)側(cè). 圖5 (3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測(cè)大棚內(nèi)溫度變化,請(qǐng)用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計(jì)一個(gè)電路.(請(qǐng)?jiān)趫D乙中作圖) 答案 (1)小 (2)右 (3)見(jiàn)解析圖 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,故電路中電流變小. (2)由(1)的分析知,溫度越高,電流越大,25 ℃的刻度應(yīng)對(duì)應(yīng)較大電流,故在20 ℃的刻度的右側(cè). (3)如圖所示. 命題點(diǎn)二 光電傳感器的應(yīng)用 例2 為了節(jié)能和環(huán)保,一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng).光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)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下表: 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(jù)表中數(shù)據(jù),請(qǐng)?jiān)趫D6甲所示的坐標(biāo)系描繪出阻值隨照度變化的曲線,并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn). (2)如圖乙所示,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí),控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng).請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)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1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng),在虛線框內(nèi)完成電路原理圖.(不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響) 提供的器材如下: 光敏電阻RP(符號(hào),阻值見(jiàn)上表); 直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V,內(nèi)阻不計(jì)); 定值電阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限選其中之一,并在圖中標(biāo)出);開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干. 圖6 答案 見(jiàn)解析 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=3 V,當(dāng)照度降低至1.0 lx時(shí),1、2兩端電壓升至2 V,由圖線甲知,此時(shí)光敏電阻阻值RP=20 kΩ,URP=2 V,串聯(lián)電阻分壓UR=1 V,由==2,得R==10 kΩ,故選定值電阻R1,電路原理圖如圖乙所示. 命題點(diǎn)三 壓力傳感器的應(yīng)用 例3 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(cè)量壓力大小.若圖7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(wú)壓力時(shí)壓敏電阻的阻值.為了測(cè)量壓力F,需先測(cè)量壓敏電阻處于壓力中的電阻值RF.請(qǐng)按要求完成下列實(shí)驗(yàn). 圖7 (1)設(shè)計(jì)一個(gè)可以測(cè)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(cè)壓力大小約為0.4102 N~0.8102 N,不考慮壓力對(duì)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(wú)壓力時(shí)阻值R0=6 000 Ω B.滑動(dòng)變阻器R,全電阻阻值約200 Ω C.電流表A,量程2.5 mA,內(nèi)阻約30 Ω D.電壓表V,量程3 V,內(nèi)阻約3 kΩ E.直流電源E,電動(dòng)勢(shì)3 V,內(nèi)阻很小 F.開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線若干 (2)正確接線后,將壓敏電阻置于待測(cè)壓力下,通過(guò)壓敏電阻的電流是1.33 mA,電壓表的示數(shù)如圖丙所示,則電壓表的讀數(shù)為_(kāi)_______ V. (3)此時(shí)壓敏電阻的阻值為_(kāi)_______ Ω;結(jié)合圖甲可知待測(cè)壓力的大小F=________ N.(計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字) 答案 (1)見(jiàn)解析圖 (2)2.00 (3)1.5103 60 解析 (1)根據(jù)題述對(duì)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2.00 V. (3)由歐姆定律,此時(shí)壓敏電阻的阻值為RF=-RA≈1.5103 Ω,=4,由題圖甲可知,對(duì)應(yīng)的待測(cè)壓力F=60 N. 變式2 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)”.現(xiàn)用如圖8所示的電路研究某長(zhǎng)薄板電阻Rx的壓阻效應(yīng),已知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: 圖8 A.電源E(電動(dòng)勢(shì)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≈1 Ω) D.開(kāi)關(guān)S,定值電阻R0=5 Ω (1)為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量電阻Rx的阻值,請(qǐng)完成虛線框內(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,記下電表讀數(shù),A1的讀數(shù)為I1,A2的讀數(shù)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9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(jié)論是________________________.當(dāng)F豎直向下時(shí),可得Fx與所受壓力F的數(shù)值關(guān)系是Rx=________. 圖9 答案 (1)見(jiàn)解析圖 (2) (3)壓力反向,阻值不變 17-2F 解析 (1)利用伏安法測(cè)量電阻阻值,但所給器材缺少電壓表,可以用內(nèi)阻已知的電流表A1代替,另一個(gè)電流表A2測(cè)量電流.電路圖如圖所示. (2)電阻Rx兩端電壓為Ux=I1r1,流經(jīng)的電流為Ix=I2-I1,電阻Rx=. (3)由題圖可知,圖象是一次函數(shù)圖線,即Rx=kF+b,k==-=-2,b=17,則有Rx=17-2F;由題圖可知,由于圖線對(duì)稱,不管力F如何增加,Rx均線性減小.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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