【物理】2019届一轮复习人教版实验十二传感器简单使用学案 17页

实验十二　传感器简单使用 一、研究热敏电阻的热敏特性 二、研究光敏电阻的光敏特性 注意事项 ‎1．在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。‎ ‎2．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。‎ ‎3．欧姆表每次换挡后都要重新调零。‎ 考点1　基础实验 ‎[例1]　为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：‎ 照度 ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎(lx)‎ ‎.2‎ ‎.4‎ ‎.6‎ ‎.8‎ ‎.0‎ ‎.2‎ 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在如图甲所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。‎ ‎(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)‎ 提供的器材如下：‎ 光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；‎ 直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；‎ ‎ 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。‎ 解析　(1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能只是各点的连线。光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图a所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小。‎ ‎(2)根据串联电阻的正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0 lx时，其电压升至2 V，由图线a知，此时光敏电阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，则串联电阻分压UR＝1 V，由＝＝2得R＝＝10 kΩ，故选定值电阻R1，电路原理图如图b所示。‎ 答案　见解析 本题考查了实验数据的处理、图象的分析和光控照明电路的设计，通过图象得出了光敏电阻随光照度的增大阻值减小的特点。在设计光 控照明电路时，正好利用了光敏电阻的这个特点，利用串联电路的分压特点，来实现光敏电阻对光控开关的控制。‎ 如图是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器调节到某一定值，实验中观察到当温度升高时灯更亮，下列对该实验现象分析正确的是(　　)‎ A．电路中电流减小了 B．电路中电流增大了 C．温度升高时，热敏电阻的阻值增大 D．温度升高时，灯泡电阻的阻值减小 答案　B 解析　灯更亮说明灯泡的电功率更大了；由灯泡电功率P＝I2R可知，电路中电流增大了，故A错误、B正确；温度升高时，电路中电流增大了，说明热敏电阻与灯泡组成的串联电路电阻减小，灯泡电阻的阻值将增大，故热敏电阻的阻值减小，故C错误；温度升高时，灯泡电阻的阻值将增大，D错误。‎ 考点2　创新实验 ‎[例2]　(2017·洛阳一模)某同学要研究一质地均匀、圆柱形的热敏电阻电阻率随温度的变化规律，其部分步骤如下：‎ ‎(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图甲所示，由图可知其 长度为________mm。‎ ‎(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图可知其直径为________ mm。‎ ‎(3)该同学利用以下实验器材设计实验研究热敏电阻阻值随温度的变化规律：‎ ‎ A．热敏电阻(常温下约300 Ω)‎ ‎ B．温度计 ‎ C．电流表A1(0～60 mA，约10 Ω)‎ ‎ D．电流表A2(0～3 A，约0.1 Ω)‎ ‎ E．电压表V(0～6 V，约15 kΩ)‎ ‎ F．滑动变阻器R1(200 Ω，0.5 A)‎ ‎ G．滑动变阻器R2(5 Ω，2 A)‎ ‎ H．蓄电池(9 V,0.05 Ω)‎ ‎ I．开关一个，带夹的导线若干 ‎ ①实验要求通过热敏电阻的电流从零开始增加，电流表应选择________，滑动变阻器选择________。‎ ‎②为精确测量该热敏电阻，请在下图中完成实验器材连接。‎ 解析　(1)游标卡尺的读数为50 mm＋11×0.05 mm＝50.55 mm。‎ ‎(2)螺旋测微器的读数为4.5 mm＋30.0×0.01 mm＝4.800 mm。‎ ‎(3)①估算电路中电流值I＝＝ A＝30 mA，电流表应选C。实验要求电流从零开始增加，即滑动变阻器采用分压式接法，所以滑动变阻器应选阻值小的G。‎ ‎②电路连接如图所示。‎ 答案　(1)50.55　(2)4.800(4.799～4.801均正确)　‎ ‎(3)①C　G　②图见解析 该题考查游标卡尺和螺旋测微器的读数，实验仪器的选择、实验 电路的设计和实物连接，在电路设计中主要考查电流表外接法和滑动变阻器的分压式接法，这一点和电学其他实验没有很大区别。题目中的传感器只是电路中的一个元件。因此，与传感器有关的实验大都可以利用常规电学实验的思路来解题。‎ ‎(多选)如图所示的电路中，当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，则说明(　　)‎ A．热敏电阻在温度越高时，电阻越大 B．热敏电阻在温度越高时，电阻越小 C．半导体材料温度升高时，导电性能变差 D．半导体材料温度升高时，导电性能变好 答案　BD 解析　热敏电阻浸泡在热水中，电流表示数变大，说明温度越高，热敏电阻阻值越小，半导体材料导电性能变好，故B、D正确。‎ ‎1．(多选)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的0到t1时间内，升降机静止，电流表示数I0，则(　　)‎ A．t1到t2时间内升降机匀速上升 B．t1到t2时间内升降机加速上升 C．t2到t3时间内升降机匀速上升 D．t2到t3时间内升降机匀加速上升 答案　BD 解析　0到t1时间内，升降机静止，则物块对压敏电阻的压力等于物块的重力G；t1到t2时间内电流变大，说明电路的总电阻减小，压敏电阻减小，说明压力变大且大于G，则升降机加速上升，A错误、B正确；t2到t3时间内电流不变，但是大于I0，说明压敏电阻受不变的压力(大于G)作用，故可知升降机匀加速上升，D正确、C错误。‎ ‎2.‎ ‎(多选)如图所示，Rt为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为理想电压表，‎ 现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)‎ A．热敏电阻温度升高，其他条件不变 B．热敏电阻温度降低，其他条件不变 C．光照增强，其他条件不变 D．光照减弱，其他条件不变 答案　BD 解析　电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于Rt减小或R1增大，由正温度系数热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误。‎ ‎3．(多选)如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。此光电计数器的基本工作原理是(　　)‎ A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压 B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 答案　AC 解析　当光照射到光敏电阻R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大，R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压；当光照被物体挡住时，光敏电阻R1增大，电路中电流减小，R2两端电压降低，信 号处理系统得到低电压，所以计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的，由以上分析A、C正确。‎ ‎4.‎ ‎(2017·河南安阳一模)(多选)如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R1为定值电阻，R2为光敏电阻。光强增大时，R2的阻值减小，R3为滑动变阻器，平行板电容器与定值电阻R1并联，闭合开关，下列判断正确的是(　　)‎ A．仅增加光照强度时，电容器所带电荷量将减小 B．仅减弱光照强度时，电源的输出功率一定减小 C．仅将滑动变阻器的滑片向上移动时，电容器贮存的电场能将减小 D．仅将滑动变阻器的滑片向下移动时，电源的效率将增大 答案　CD 解析　仅增加光照强度，则R2电阻变小，总电阻变小，总电流变大，电源内阻分压变大，路端电压变小，则通过R3的电流变小，通过R1的电流变大，则R1的分压变大，电容器电压变大，带电荷量增加，A错误；仅减弱光照强度，R2电阻变大，电源的输出功率由内、外电阻关系决定，因其大小关系不确定，所以不能判断电源输出功率的变化，B错误；滑动变阻器的滑片向上移动时电阻减小，外电阻变小，路端电压变小，则电容器的电压变小，贮存的电场能减小，C正确；滑动变阻器的滑片向下移动时电阻增大，外电阻增大，路端 电压增大，则电源效率增大，D正确。‎ ‎5．(2016·北京高考)‎ 热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更________(选填“敏感”或“不敏感”)。‎ 答案　增强　敏感 解析　由题图可得出热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随着阻值减小导电能力增强。在变化相同的温度时，热敏电阻阻值变化量要大于金属热电阻，故热敏电阻对温度变化反应更敏感。‎ ‎6．如图所示，图甲为热敏电阻的Rt图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω。‎ 当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则：‎ ‎(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。‎ ‎ (2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω。‎ 答案　(1)A、B端　(2)260‎ 解析　(1)恒温箱内的加热器应该接在A、B端。因为当恒温箱内的温度降低时，热敏电阻R阻值增大，线圈中的电流变小，继电器的衔铁松开，使A、B端电路导通，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高。‎ ‎(2)随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，使恒温箱加热器与电源断开、加热器停止工作，恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。‎ 要使恒温箱内的温度保持50 ℃，即50 ℃时线圈内的电流为20 mA。由闭合电路欧姆定律I＝，r为继电器的电阻，即r＝100 Ω。由题图甲可知，50 ℃时热敏电阻的阻值R＝90 Ω，所以R′＝‎ eq f(E,I)－R－r＝260 Ω。‎ ‎7.‎ 如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω，S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在20 ℃～95 ℃之间的多个温度下RT的阻值。‎ ‎(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图；‎ ‎(2)完成下列实验步骤中的填空：‎ a．依照实验原理电路图连线；‎ b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃；‎ c．将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全；‎ d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录__________________；‎ ‎ e．将RT的温度降为T1(20 ℃