【物理】2019届一轮复习粤教版实验十二　传感器的简单使用学案 8页

实验十二　传感器的简单使用 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。‎ 热点一　教材原型实验 ‎【例1】　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________(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1甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧。‎ 图1‎ ‎(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。‎ 解析　(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大。故电路中电流会减小。‎ ‎(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度的右侧。‎ ‎(3)如图所示。‎ 答案　(1)小　(2)右　(3)见解析 ‎【变式训练1】　为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图2甲所示的电路进行实验，得出两种U－I图线，如图乙所示。‎ 图2‎ ‎(1)根据U－I图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为__________ Ω，强光照射时电阻为__________Ω；‎ ‎(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中__________(选填“正常光照射时”或“强光照射时”‎ ‎)测得的电阻误差较大。若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用__________(选填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确。‎ 解析　(1)光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，结合图乙知正常光照射时R1＝＝＝3 000 Ω ，强光射时R2＝＝＝200 Ω。‎ ‎(2)实验电路采用的是毫安表内接法，测得的结果比真实值偏大，当待测电阻远大于毫安表电阻时实验误差较小，所以强光照射时误差较大；强光照射时采用毫安表外接法实验结果较为准确。‎ 答案　(1)3 000　200　(2)强光照射时　外接 热点二　实验拓展创新 ‎【例2】　(2016·全国卷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)在图3中完成待调节的报警系统原理电路图的连线。‎ 图3‎ ‎(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)电路图如答案图。‎ ‎(2)U＝18 V，通过报警器的电流10 mA≤Ic≤20 mA，故电路中总电阻R＝，即900 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑动变阻器选R2。‎ ‎(3)热敏电阻为650.0 Ω时，报警器开始报警，电阻箱的阻值也应为650.0 Ω，实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直到报警器开始报警。为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端。‎ 答案　(1)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 ‎【变式训练2】　(2017·江苏单科，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4甲所示，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1 5 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4‎ ‎(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，则应将如图乙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。在图甲中，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 解析　(1)为保持继电器的灵敏度，即电路中的电流易超过15 mA，应选电动势大的电源E2；当温度为80 ℃时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为R＝－Rt＝350.9 Ω，故滑动变阻器应选R2。‎ ‎(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C。‎ ‎(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转。‎ ‎(4)欲使衔铁在50 ℃被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1 Ω，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为⑤④②③①‎ 答案　(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转 (4)⑤④②③①‎ ‎1.(2018·平顶山模拟)传感器是一种采集信息的重要器件。如图5所示是一种测定压力的电容式传感器，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器与零刻线在中央的灵敏电流表和电源串联，组成闭合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力增大时(　　)‎ 图5‎ A.电容器的电容将减小 B.灵敏电流表指针在正中央零刻线处 C.灵敏电流表指针向左偏转 D.灵敏电流表指针向右偏转 解析　当待测压力增大时，电容器板间距离减小，由C＝知，电容器的电容增大，选项A错误；由于电容器与电源相连，故电压U不变，由Q＝CU知，电容器的电荷量将增加，即电容器需充电，故电流从电流表的正接线柱流入，指针将向右偏转，选项B、C错误，D正确。‎ 答案　D ‎2.如图6所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I－U关系曲线图。‎ 图6‎ ‎(1)为了通过测量得到如图6所示I－U 关系的完整曲线，如图7所示的a和b两个电路中应选择的是图________，简要说明理由：______________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)‎ 图7‎ ‎(2)在图c所示的电路中，电源电压恒为9 V，电流表读数为70 mA，定值电阻R1＝250 Ω。则热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω。‎ 解析　由于图中要求测量多组数据，所需电压调节范围较大，且从零开始变化，所以应选用分压电路，即图a；根据欧姆定律可以先求出R1的电流I1＝36 mA，所以热敏电阻和R2电流为I2＝I－I1＝34 mA，由图可读出热敏电阻在34 mA时的电压为5.2 V，则R2两端电压为3.8 V，即可求出R2＝111.8 Ω。‎ 答案　(1)a　电压可从0 V调到所需电压，调节范围较大　(2)5.2　111.8(111.6～112.0均可)‎