高中物理传感器的简单使用实验检测题

高中物理传感器的简单使用实验检测题
1．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________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

②将开关向________(选填“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＝18
650.0
A≈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)①650.0 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
2．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甲所示，继电器与热敏电阻R t、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R t与温度t的关系如下表所示。

t/℃30.040.050.060.070.080.0
R t/Ω199.5145.4108.181.862.949.1
(1)12R1(0～200 Ω)、
滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻R t、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”)。

(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)若实现对30 ℃温度的控制，继电器和R t的电压U1＝0.015×(20＋199.5)V≈3.29 V，因此符合要求的电源应选E2。

若实现对80 ℃温度的控制，对全电路有：U＝I(R继＋R t＋R)，即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R)，解得R＝330.9 Ω。

因此滑动变阻器应选R2。

(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。

(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)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①
3．材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小。

若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线，其中R F、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值。

为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值R F。

请按要求完成下列实验。

(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图
(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4×102～0.8×102 N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下：
A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝6 000 Ω
B．滑动变阻器R，全电阻阻值约200 Ω
C．电流表A，量程2.5 mA，内阻约30 Ω
D．电压表V，量程3 V，内阻约3 kΩ
E．直流电源E，电动势3 V，内阻很小
F．开关S，导线若干
(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33 mA，电压表的示数如图丙
所示，则电压表的读数为________ V。

(3)此时压敏电阻的阻值为________ Ω；结合图甲可知待测压力的大小F ＝________ N 。

(计算结果均保留两位有效数字)
解析：(1)根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，原理图如图所示。

(2)根据电压表读数规则，电压表读数为2.00 V 。

(3)由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为R F ＝U I －R A ≈1.5×103 Ω，R 0R F
＝4，由题图甲可知，对应的待测压力F ＝60 N 。

答案：(1)见解析图 (2)2.00 (3)1.5×103 60
4．实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R 1(阻值变化范围0～20 Ω)、滑动变阻器R 2(阻值变化范围0～1 000 Ω)、电动势适当的电源、小灯泡(4 V 2 W)、开关、导线若干。

(1)要完整地描绘小灯泡的U ­I 曲线，请在方框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号。

(2)实验中描绘出的小灯泡U ­I 曲线如图甲所示，由图可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而____________(选填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻，实验电路如图乙所示，图中R 0是阻值为9.0 Ω的保护电阻，实验中测得多组数据记录在下表中，试在同一坐标系中画出等效电源的U ­I 图像，由图像可求出电源自身内阻约为____________ Ω。

序号 1
2 3 4 5 6 U /V 4.00
3.40 2.80 2.00 1.50 0.80 I /A
0.20 0.26 0.33 0.40 0.46 0.52
(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图丙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为________ W(保留两位有效数字)。

解析：(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变压器要采用分压接法，由于灯泡的阻值较小，电流应用外接法，电路图如图1所示。

(2)由题图所示U ­I 图线可知，随电压和电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝温度升高，电压与电流的比值增大，由此可知，灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。

(3)根据表中数据作出电源U ­I 图线如图2所示，由图示图线可知，电源内阻r ＝ΔU ΔI －R 0＝60.6
Ω－9 Ω＝1 Ω。

(4)由图2可知，小灯泡两端电压为2.2 V ，电流为0.38 A ，则小灯泡的电功率为P ＝UI ＝2.2×0.38 W ≈0.84 W 。

答案：(1)见解析图 (2)增大 (3)见解析图 (4)0.84。