高考物理一轮总复习 必修部分 第10章 交变电流 传感器 实验11 传感器的简单使用随堂训练

实验11 传感器的简单使用
1．[2015·课标全国卷Ⅰ]某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。

所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器(圆弧部分的半径为R ＝0.20 m)。

完成下列填空：
(1)将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图(a)所示，托盘秤的示数为1.00 kg ；
(2)将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图(b)所示，该示数为________kg ；
(3)将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。

此过程中托盘秤的最大示数为m ；多次从同一位置释放小车，记录各次的m 值如下表所示： 序号 1
2 3 4 5 m (kg) 1.80 1.75 1.85 1.75 1.90
(4)；小车通过最低点时的速度大小为________m/s 。

(重力加速度大小取9.80 m/s 2，计算结果保留2位有
效数字)
答案 (2)1.40 (4)7.9 1.4
解析 (2)示数为1.40 kg ，注意估读。

(4)小车经过凹形桥最低点时对桥的压力N ＝mg －M 桥g ＝(1.81－1.00)×9.80 N＝7.9 N ，小车通过最低点时受到的支持力N ′＝N ＝7.9 N ，小车质量m 车＝1.40 kg －1.00 kg ＝0.40 kg ，
由N ′－m 车g ＝m 车v 2
R
，解得v ≈1.4 m/s。

2. [2015·重庆高考]同学们测量某电阻丝的电阻R x ，所用电流表的内阻与R x 相当，电压表可视为理想电压表。

①若使用图甲所示电路图进行实验，要使得R x的测量值更接近真实值，电压表的a端应连接到电路的________点(选填“b”或“c”)。

②测得电阻丝的U­I图如图乙所示，则R x为________Ω(保留两位有效数字)。

③实验中，随电压进一步增加电阻丝逐渐进入炽热状态。

某同学发现对炽热电阻丝吹气，其阻值会变化。

他们对此现象进行探究，在控制电阻丝两端的电压为10 V的条件下，得到电阻丝的电阻R x随风速v(用风速计测)的变化关系如图丙所示。

由图可知当风速增加时，R x会________(选填“增大”或“减小”)。

在风速增加过程中，为保持电阻丝两端电压为10 V，需要将滑动变阻器R W的滑片向________端调节(选填“M”或“N”)。

④为了通过电压表的示数来显示风速，同学们设计了如图丁所示的电路。

其中R为两只阻值相同的电阻，R x为两根相同的电阻丝，一根置于气流中，另一根不受气流影响，为待接入的理想电压表。

如果要求在测量中，风速从零开始增加，电压表的示数也从零开始增加，则电压表的“＋”端和“－”端应分别连接到电路中的________点和________点(在“a”“b”“c”“d”中选填)。

答案①c②4.1(4.0～4.2均可) ③减小M④b d
解析①因为电流表的内阻与R x相当，而电压表可视为理想电压表，所以应采用电流表外接法，即a端应与c点连接。

②U­I图线的斜率大小等于R x，由图象可求得R x＝4.1 Ω。

③由R x­v图象可明显看出，v越大R x越小。

当风速v增大时，将R W的滑片向M端调节，即可使R x两端的电压保持10 V不变。

④当v＝0时，b、d两点电压为零，当v增大时，下边的R x减小，该支路分流增大，U ad>U ab，即φb>φd，故电压表的“＋”端应该接在b点，“－”端应该接在d点。

3.[2015·保定模拟]某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：
灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻R t(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为R t＝a＋kt，a>0，k>0)。

设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作
(1)按电路图连接好实验器材。

(2)将滑动变阻器滑片P滑到________端(填“a”或“b”)，单刀双掷开关S掷于________端(填“c”或“d”)，调节滑片P使电流表________，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。

(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ℃，就将开关S 置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。

请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式(用题目中给定的符号)I＝________。

(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。

根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在________侧(填“左”或“右”)，刻度线分布是否均匀？________(填“是”或“否”)。

答案(2)a c满偏(3)
E
R＋a＋kt
(4)右否
解析(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片P滑到a端。

为了设计表盘刻度，应使开关掷于c处，调节滑片，使电
流表满偏。

(3)把开关置于d端，根据闭合电路欧姆定律得I＝E
R＋R t
，又R t＝a＋kt，联立得出电流
与温度的关系式为I＝E
R＋a＋kt。

(4)因为R t＝a＋kt(且a>0, k>0)，所以温度越低，电阻越小，回路中I越大，所以低温刻度在右侧，由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀。

4.[2016·湖北部分高中联考]利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。

图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U­I关系图线。

(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干。

该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。

(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V，则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。

答案(1)A实验电路图如图所示
(2)0.69(0.66～0.72均可) 2.33(2.00～2.67均可)
解析 (1)由于电压从0开始，所以必须选分压电路，分压电路中滑动变阻器应选阻值小的。

(2)由甲图知当I ＝0.3 A 时，U ＝2.3 V 据P ＝UI 得P ＝0.69 W ，电阻为R 灯＝U I ＝233 Ω，根据串联分压R 灯r ＝2.3 V 0.7 V
，得：r ＝2.33 Ω。

5.[2015·上海一模]在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中一种控温装置：图甲为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R 1＝2 kΩ，R 2＝1.5 kΩ，R 3＝4 kΩ，R t 为热敏电阻，其电阻随温度变化的图象如图乙所示。

当a 、b 两点电势U a <U b 时，电压鉴别器会令开关S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当U a >U b 时，电压鉴别器会使S 断开，停止加热，则恒温箱内的稳定温度为________℃，恒温箱内的电热丝加热时R t 的取值范围为________________。

答案 25 大于3 kΩ
解析 由题意可知U a ＝U b 时，R 1R 2＝R 3R t
，得R t ＝3 kΩ，由乙图可知温度为25 ℃，R t 的取值范围为大于3 kΩ。