2018年高考物理复习实 验 十 二 传感器的简单使用

实验十二传感器的简单使用突破点(一)热敏电阻的原理及应用[典例1]某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。

现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等。

(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在实物图上连线。

(2)实验的主要步骤：①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，______，______，断开开关；③重复第②步操作若干次，测得多组数据。

(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得R-t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式：R＝________＋________t(Ω)。

[解析]根据R＝U就可求出不同温度下热敏电阻的阻值，并据此绘得R-t图线。

在图I线上取两点，当t1＝10 ℃时，R1＝104 Ω，当t2＝60 ℃时，R2＝124 Ω，R-t图线的斜率为R2－R1＝0.4；将图线延长，图线交于原点，说明t＝0 ℃时的电阻为100 Ω，故R-t关系式t2－t1为R＝100＋0.4t(Ω)。

[答案](1)如图所示(2)②读取温度计示数读取电压表示数(3)1000.4[由题引知·要点谨记][集训冲关]1．(2016·全国乙卷)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I c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，I c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)电路图连接如图。

(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝I c(R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2。

(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω。

滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝18650.0A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。

②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。

答案：(1)连线见解析图(2)R2(3)①650.0b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2．(2016·北京高考)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。

如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响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)。

解析：由R-t图像可知，热敏电阻在温度上升时电阻减小，则导电能力增强。

相对金属热电阻，热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大，则热敏电阻对温度变化的响应更敏感。

答案：增强敏感3．(2016·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，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(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(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52.55 mm。

(2)螺旋测微器的读数为4.800 mm。

(3)①估算电路中电流值，电流表应选C。

滑动变阻器应选G。

②电路连结如图。

[答案]见解析突破点(二)光敏电阻的应用[典例2]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R P在不同照度下的阻值如下表：(1)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：光敏电阻R P(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。

[答案](1)图像如图(a)所示由图可知阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小(2)电路如图(b)所示[由题引知·要点谨记]1.考查描点作图的方法和分析图像的能力[对应第(1)题](1)描绘图像时，各点应均匀分布在图线两侧，且图线应是平滑的曲线，而不应成为连接各点的折线。

(2)根据所描绘图像，会分析电阻阻值如何随光照强度的变化而变化。

2.考查实验电路的设计能力[对应第(2)题](1)要结合题目所给条件及所给图像的数据进行分析设计。

(2)通过分析可确定R P应接在1、2之间。

(3)选择定值电阻，根据图线读出光照强度在1.0 lx时的光敏电阻的阻值为20 kΩ，光敏电阻分压为2 V，则串联定值电阻R分压1 V，其阻值应为10 kΩ。

[集训冲关]4．(多选)(2017·聊城模拟)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大解析：选ABC当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，D项错误；由路端电压减小，R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故C 项正确。

5．(2017·湖北荆州质量检测)如图甲为利用光敏电阻检测传送带上物品分布，从而了解生产线运行是否正常的仪器。

其中A 是发光仪器，B 是一端留有小孔用绝缘材料封装的光敏电阻。

当传送带上没有物品挡住由A 射向B 的光信号时，光敏电阻阻值R 1＝50 Ω，当传送带上有物品挡住由A 射向B 的光信号时，光敏电阻阻值R 2＝150 Ω。

定值电阻R 3＝45 Ω。

C 为平行板电容器，虚线与两极板距离相等，极板长L 1＝8.0×10－2 m ，两极板的间距d ＝1.0×10－2 m 。

D 为屏，与极板垂直，D 到极板的距离L 2＝0.16 m ，屏上贴有用特殊材料做成的记录纸，当电子打在记录纸上时会留下黑点，工作时屏沿图示方向匀速运动。

有一细电子束沿图中虚线以速度v 0＝8.0×106 m/s 连续不断地射入电容C ，虚线与屏交点为O 。

图乙为一段记录纸。

已知电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，电子质量m ＝9×10－31kg 。

忽略细电子束的宽度、电容器的充电放电时间及电子所受的重力。

求：电源的电动势E 和内阻r 。

解析：当没有物品挡光时，设电容器两端电压为U 1，此时电子在屏上的偏转Y 1＝0.02 m 。

电子在平行板间运动时，加速度a ＝eU 1md ，L 1＝v 0t 1 侧移量y 1＝12at 12解得y 1＝eU 1L 122md v 02电子射出平行板后做匀速直线运动， v y ＝at 1，tan θ＝v y v 0＝eU 1L 1md v 02所以Y 1＝y 1＋L 2tan θ 解得U 1＝4.5 V同理可得，当有物品挡光时，电容器两端电压U 2＝2.25 V 在闭合电路中，U 1＝ER 1＋R 3＋rR 3U2＝ER2＋R3＋rR3解得E＝10 V，r＝5 Ω。

答案：10 V 5 Ω突破点(三)传感器在实验中的应用[典例3]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U-I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、开关、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)[由题引知·要点谨记]1.考查实验器材的创新[对应题干部分](1)用电压传感器、电流传感器替代电压表和电流表。