实验12-2 传感器的简单应用（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验 18页

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验12.2 传感器的简单应用 抢分巧练 ‎◎考题实战 掌握高考脉搏 ‎1．（2016北京卷）热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t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 ‎2．(2016课标卷Ⅰ，23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．‎ 在室温下对系统进行调节．已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.‎ ‎(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．‎ ‎(2)电路中应选用滑动变阻器　________(填“R1”或“R2”)．‎ ‎(3)按照下列步骤调节此报警系统：‎ ‎①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为　________Ω；滑动变阻器的滑片应置于　________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________________________________________________________。‎ ‎②将开关向　________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______________________________________________．‎ ‎(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．‎ ‎【解析】　(1)电路连线如答案图．‎ ‎【答案】　(1)连线如图所示　(2)R2‎ ‎(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警 ‎3．(2017江苏卷，11)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示．‎ 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)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干．‎ 为使该装置实现对30 ℃～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用　________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用　________(选填“R1”或“R2”)．‎ 图1　　　　　　　　　　图2‎ ‎(2)实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至　________(选填“A”“B”“C”或“D”)．‎ ‎(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查．在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针　____________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针　________(选填“偏转”或“不偏转”)．‎ ‎(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是　__________.(填写各步骤前的序号)‎ ‎①将热敏电阻接入电路 ‎②观察到继电器的衔铁被吸合 ‎③断开开关，将电阻箱从电路中移除 ‎④合上开关，调节滑动变阻器的阻值 ‎⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω ‎(3)a、b间电压为0，指针不偏转．‎ 接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转．‎ ‎(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序为⑤④②③①.‎ ‎【答案】　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转　(4)⑤④②③①‎ ‎4.（2018新课标Ⅰ ‎）某实验小组利用如图（a）所示的电路探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性，所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻RT，其标称值（25℃时的阻值）为900.0 Ω：电源E（6 V，内阻可忽略）：电压表 （量程150 mV）：定值电阻R0（阻值20.0 Ω），滑动变阻器R1（最大阻值为1 000 Ω）：电阻箱R2（阻值范围0-999.9 Ω）：单刀开关S1，单刀双掷开关S2。‎ 实验时，先按图（a）连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃，将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0：保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0：断开S1，记下此时R2的读数，逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0°C，实验得到的R2-t数据见下表。‎ 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 回答下列问题：‎ ‎（1）在闭合S1前，图（a）中R1的滑片应移动到 （填“a”或“b”）端；‎ ‎（2）在图（b）的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2-t曲线：‎ ‎（3）由图（b）可得到RT在25℃-80°C范围内的温度特性，当t=44.0℃时，可得RT= Ω；‎ ‎（4）将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图（c）所示，该读数为 Ω，则手心温度为 ℃。‎ ‎【解析】本题主要考查研究小灯泡的伏安特性实验、利用伏安特性曲线计算实际功率及其相关的知识点，意在考查考生对小灯泡伏安特性曲线的理解和灵活运用相关知识，解决实际问题的能力。‎ ‎【解析】‎ ‎（1）图（a）的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，可使开关闭合时电路电流最小，防止烧坏仪器，所以应移至b端 ‎（2）根据题目所给数据，连出曲线即可 ‎【答案】（1）b （2）如图所示 （3）450 （4）620.0 33.0‎ ‎◎考法模拟 悟透破题之道 5. ‎(2018甘肃重点中学协作体第一次联考)温度传感器是一种将温度变化转换为电学物理量变化的装置，它通过测量传感器元件的电学物理量随温度的变化来实现温度的测量，其核心部件是由半导体材料制成的热敏电阻．在某次实验中，为了测量热敏电阻RT在0 ℃到100 ℃之间多个温度下的阻值，一实验小组设计了如图甲所示的电路．其中是量程为1 mA、内阻忽略不计的电流表，E为电源，R为滑动变阻器，R0为电阻箱，S为单刀双掷开关．‎ 图甲 其实验步骤如下：‎ A．调节温度，使得RT的温度达到t1；‎ B．将S拨向接点1，调节滑动变阻器R，使电流表的指针偏转到适当位置，记下此时电流表的读数I1；‎ C．将S拨向接点2，只调节电阻箱R0，使电流表的读数仍为I1，记下此时电阻箱的读数R1；‎ D．改变RT的温度，重复以上步骤，即可测得该热敏电阻RT的阻值随温度的变化关系．‎ ‎(1)由以上操作过程可知，当RT的温度为t1时，RT＝________.‎ ‎(2)实验测得的一组数据如下表所示，请根据表中数据在图乙中作出RT随温度t变化的图象；‎ t/℃‎ ‎0‎ ‎20‎ ‎40‎ ‎60‎ ‎80‎ ‎100‎ RT/Ω ‎100‎ ‎120‎ ‎139‎ ‎161‎ ‎180‎ ‎201‎ 图乙 由图乙可知，热敏电阻RT的阻值随温度t变化的关系式为________.‎ ‎(3)若把该热敏电阻与电源(电动势E＝1.5 V、内阻不计)、电流表(量程为5 mA、内阻Rg＝ 100 Ω)、电阻箱R0串联起来，连成如图丙所示的电路，用该电阻作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到一个简单的“热敏电阻测温计”．‎ 图丙 ‎①电流表刻度较大处对应的温度刻度应该________(选填“较大”或“较小”)；‎ ‎②若电阻箱的阻值取R0＝220 Ω，则电流表3 mA处所对应的温度刻度为________℃.‎ ‎【解析】　(1)将开关S由接点1拨到接点2，并使电路中的电流不变，说明电路中的总电阻不变，所 ‎【答案】　(1)R1　(2)如图所示　RT＝(100＋t)Ω ‎(3)较小　80‎ ‎6．(2016河南郑州高三二检)为了节能环保，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)。‎ ‎(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲所示的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。由图象可求出照度为1.0 lx时的电阻约为________ kΩ。‎ 照度/lx ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻/kΩ ‎5.8‎ ‎3.7‎ ‎2.8‎ ‎2.3‎ ‎1.8‎ ‎(2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件。‎ ‎(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图乙中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示，则线圈的电阻为________ Ω。已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的街铁将被吸合。图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，0.1 A)。要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。‎ ‎【解析】　‎ ‎【答案】　(1)2.0　(2)AB　如图所示 ‎(3)140　R3　减小 ‎7．利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．‎ ‎(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变　________(选填“大”或“小”)．‎ ‎(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的　________(选填“左”或“右”)侧．‎ ‎(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路．‎ ‎【答案】　(1)小　(2)右　(3)见解析图 ‎8．一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ，当供电电压等于24 V时能正常工作，否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100 Ω，黑暗时为1 000 Ω、允许通过的最大电流为3 mA；电源E的电压为36 V、内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100 Ω、允许通过的最大电流为0.4 A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示．‎ 设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内)．‎ ‎【答案】　见解析图 ‎9．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 电阻/kΩ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在图1给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明光敏电阻阻值随照度变化的特点．‎ 图1‎ ‎(2)如图2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)‎ 图2‎ 提供的器材如下：‎ 光敏电阻ROS(符号，阻值见上面表格)；‎ 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)根据表中的数据，在坐标系中描点连线，得到如图所示的变化曲线．‎ ‎【答案】　见解析 ‎10．传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表(实质是理想电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g＝10 m/s2.请作答：‎ 压力F/N ‎0‎ ‎250‎ ‎500‎ ‎750‎ ‎1 000‎ ‎1 250‎ ‎1 500‎ ‎…‎ 电阻R/Ω ‎300‎ ‎270‎ ‎240‎ ‎210‎ ‎180‎ ‎150‎ ‎120‎ ‎…‎ ‎(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘　________　A处．‎ ‎(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是　________　kg.‎ ‎【答案】　(1)1.6×10－2　(2)50‎ ‎11．如图所示装置可以用来测量硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数k.电源的电动势为E，内阻可忽略不计；滑动变阻器全长为L，重力加速度为g.为理想电压表．当木板上没有放重物时，滑动变阻器的触头位于图中a点，此时电压表示数为零．在木板上放置质量为m的重物，滑动变阻器的触头随木板一起下移．由电压表的示数U及其他给定条件，可计算出弹簧的劲度系数k.‎ ‎(1)写出m、U与k之间所满足的关系式：________.‎ ‎(2)已知E＝1.50 V，L＝12.0 cm，g取9.80 m/s2.测量结果如下表：‎ 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在下图中给出的坐标纸上利用表中数据描出mU直线．‎ ‎②mU直线的斜率为　________　kg/V(结果保留三位有效数字)．‎ ‎③弹簧的劲度系数k＝　________　N/m(结果保留三位有效数字)．‎ ‎【解析】　(1)设放置质量为m的物体时弹簧的压缩量为x，则有mg＝kx，又U＝E 解得m＝U.‎ ‎(2)①用描点法作图，作出的图象如图所示．‎ ‎③1.23×103‎ ‎12.某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”．现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：‎ A．电源E(3 V，内阻约为1 Ω)‎ B．电流表A1(0～0.6 A，内阻r1＝5 Ω)‎ C．电流表A2(0～0.6 A，内阻r2≈1 Ω)‎ D．开关S，定值电阻R0＝5 Ω ‎(1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值，请完成虚线框内电路图的设计．‎ ‎(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得Rx＝　________.(用字母表示)‎ ‎(3)改变力的大小，得到不同的Rx值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx值．最后绘成的图象如图所示，除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是　__________________.当F竖直向下时，可得Fx与所受压力F的数值关系是Rx＝　________.‎ ‎【解析】　(1)利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻已知的电流表A1代替，‎ 另一个电流表A2测量电流．如图所示．‎ ‎(2)电阻两端电压为Ux＝I1r1，流经的电流为Ix＝I2－I1，电阻Rx＝.‎ ‎【答案】　(1)见解析图　(2) ‎(3)压力反向，阻值不变　17－2F ‎13．物理兴趣小组的同学要探究一质地均匀的圆柱形热敏电阻的电阻率随温度变化的规律．‎ ‎(1)利用以下实验器材设计实验研究热敏电阻的阻值随温度变化的规律：‎ A．热敏电阻(常温下约300 Ω)‎ B．温度计 C．电流表A1(60 mA，约10 Ω)‎ D．电流表A2(3 A，约0.1 Ω)‎ E．电压表V(6 V，约15 kΩ)‎ F．滑动变阻器R1(500 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，导线若干 ‎①要求通过热敏电阻的电流从零开始增大，电流表应选择________，滑动变阻器应选择________(填器材前的字母标号)．‎ ‎②请你将图1中的实验器材连接成测量电路．‎ 图1‎ ‎(2)实验的主要步骤：‎ a．在烧杯中加入适量冷水和冰块，形成冰水混合物，正确连接电路，闭合开关，记录电流表、电压表的示数和温度计的示数，断开开关；‎ b．在烧杯中添加少量热水，闭合开关，记录电流表、电压表示数和温度计的示数，断开开关；‎ c．重复b的操作若干次，测得多组数据．‎ ‎①若某次测量中，温度计的示数为t，电流表、电压表的示数分别为I、U，则温度为t时热敏电阻的阻值为________．‎ ‎②若他们得到的热敏电阻的阻值随温度变化的图象如图2所示，则热敏电阻的阻值随温度变化的函数关系为R＝________．‎ 图2‎ ‎【答案】(1)①C　G　　②如图所示 ‎(2)①　②R0－t ‎14．某课外实验小组欲利用如图所示的实验装置，将一灵敏电流表改装为温度计．提供的实验器材有：灵敏电流表(量程为1.0 mA，内阻为300 Ω)，学生电源(输出电压为U＝2.0 V，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为3 000 Ω)，单刀双掷开关，用防水绝缘材料包裹的热敏电阻RT，导线若干．已知热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为RT＝2.5t－15 (Ω)，实验步骤如下：‎ a．按照电路图连接好实验器材；‎ b．为不烧坏灵敏电流表，将滑动变阻器的滑片P调整到a端；然后将单刀双掷开关掷于c端，调节滑动变阻器，使灵敏电流表指针指在________(选填“中央刻线”或“满刻线”)位置，并在以后的操作中使滑片P________(选填“位置不变”、“置于a端”或“置于b端”)；‎ c．在容器中倒入适量热水，将单刀双掷开关掷于d端，随着热水温度的下降，记录若干个灵敏电流表的示数；‎ d．根据热敏电阻随温度变化的特性，计算出各个电流对应的温度，重新制作灵敏电流表的刻度盘，改装成温度计．‎ ‎(1)为使改装的温度计的量程足够大，将实验步骤b补充完整．‎ ‎(2)根据实验过程，电路中的滑动变阻器应选________(填“R1”或“R2”)．‎ ‎(3)灵敏电流表的电流I与热水温度t之间的函数关系式为I＝________ (A)，该温度计能够测量的最低温度为________ ℃.‎ ‎(4)重新制作后的灵敏电流表的刻度盘的特点是低温刻度在刻度盘的________(填“左”或“右”)侧，刻度盘上的刻度________(填“均匀”或“不均匀”)．‎ ‎【解析】‎ ‎【答案】(1)满刻线 位置不变 ‎(2)R2‎ ‎(3)　 6‎ ‎(4)右　 不均匀 ‎ ‎