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2019-2020年高考物理復習 專題02 傳感器的簡單使用問題知識點 主標題：傳感器的簡單使用 副標題：剖析考點規(guī)律，明確高考考查重點，為學生備考提供簡潔有效的備考策略。 關鍵詞：傳感器 難度：3 重要程度：5 內(nèi)容： 考點剖析： 在現(xiàn)代生活中傳感器的應用是相當廣泛的， 如環(huán)境保護、交通運輸、家庭生活、宇宙開發(fā)等。傳感器主要擔負著信息采集的任務，在自動控制和信息處理技術中發(fā)揮著重要的作用，常用的自動報警器、電視遙控器、紅外探測儀等都離不開傳感器。傳感器是指一些能感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元器件。 近幾年傳感器成為高考的一個新熱點，其元器件也當然是高考考查的范圍。傳感器的元器件主要有光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、霍爾元件等。 典型例題 例1.傳感器擔負著信息采集的任務，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(通常是電學量)，例如熱傳感器，主要是應用了半導體材料制成的熱敏電阻，熱敏電阻隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是用熱敏電阻R1作為傳感器制作的簡單自動報警器原理圖，則 (1)為了使溫度過高時報警器鈴響，開關應接在________(選填“a”或“b”)。 (2)若使啟動報警的溫度提高些，應將滑動變阻器的滑片P向________移動(選填“左”或“右”)。 【解析】(1)a (2)左 溫度較高時，熱敏電阻阻值減小，圖乙中通電螺線管的磁性增強，將與彈簧相連的金屬導體向左吸引，要使報警器所在電路接通并報警的話，開關應接在a。要實現(xiàn)溫度更高時，即熱敏電阻阻值更小時才將報警器電路接通，應該將滑動變阻器連入電路的阻值調(diào)大，即P向左移動。 例2.如圖所示，一熱敏電阻RT 放在控溫容器M內(nèi)； A為毫安表，量程6 mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3 V，內(nèi)阻很?。籖為電阻箱，最大阻值為999.9 Ω；S為開關。已知RT 在95 ℃時阻值為150 Ω，在20 ℃時的阻值約為550 Ω?，F(xiàn)要求在降溫過程中測量在95 ℃～20 ℃之間的多個溫度下RT 的阻值。 （1）在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖。 （2）完成下列實驗步驟中的填空。 ① 依照實驗原理電路圖連線。 ② 調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT 溫度為95 ℃。 ③ 將電阻箱調(diào)到適當?shù)某踔?，以保證儀器安全。 ④ 閉合開關，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0 ，并記錄 。 ⑤ 將RT的溫度降為T1 （20 ℃＜T1＜95 ℃），調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù) ，記錄 。 ⑥ 溫度為T1時熱敏電阻的電阻值RT1= 。 ⑦ 逐步降低T1的數(shù)值，直至20 ℃為止，在每一溫度下重復步驟⑤⑥。 【解析】（1）如圖所示。根據(jù)題圖可知，圖中只有一個直流電流表可以用來測量和觀察，不可能用伏安法測量電阻，應該用替代法來測量電阻。將熱敏電阻、電阻箱和電流表串聯(lián)形成測量電路，如圖所示。已知熱敏電阻RT阻值在95 ℃和20 ℃阻值，并且熱敏電阻的初始溫度為95 ℃，所以，當保持電流表示數(shù)不變時，總電阻保持不變，即閉合開關，調(diào)節(jié)電阻箱后，電阻箱和熱敏電阻的阻值之和與RT 在95 ℃時的阻值150 Ω加上電阻箱的初始值之和相等。 （2）電阻箱的讀數(shù)；仍為，電阻箱的讀數(shù)；。根據(jù)（1）可知，在這兩種情況下，電流表的示數(shù)保持不變，可以列出等式 , 聯(lián)立以上兩式解得。 例3.用對溫度敏感的半導體材料制成的某熱敏電阻RT，在給定溫度范圍內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學將RT和兩個適當?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖1虛線框內(nèi)所示的電路，以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍。為了驗證這個設計，他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻值，測量電路如圖1所示，圖中的電壓表內(nèi)阻很大。RL的測量結(jié)果如表1所示。 圖1 溫度t(℃) 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 RL阻值（Ω） 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 表1 （1）根據(jù)圖1所示的電路，在圖2所示的實物圖上連線。 圖2 (2)為了檢驗RL與t之間近似為線性關系，在坐標紙上作出RL-t關系圖線。 (3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖3、4所示。電流表的讀數(shù)為________，電壓表的讀數(shù)為_______。此時等效電阻RL的阻值為_______；熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為________。 圖3 圖4 【解析】（1）連線如圖所示 。（2）RL-t關系曲線如圖所示。（3） 115 mA ，5.00 V， 43.5 Ω，64.0 ℃。因為電流表的最小刻度為5 mA，故讀數(shù)時只需要精確到1 mA，所以電流表的讀數(shù)為115 mA；而電壓表的最小刻度為0.1 V，故讀數(shù)時要估讀到0.01 V，所以電壓表的讀數(shù)為5.00 V。等效電阻，結(jié)合圖像可知熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為64.0 ℃。 例4.青島奧運會帆船賽場采用風力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能。用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關，實現(xiàn)自動控制。光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化，作為簡化模型，可以近似認為，照射光較強（如白天）時電阻幾乎為0，照射光較弱（如黑天）時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關閉，黑天打開。電磁開關的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接。當勵磁線圈中電流大于50 mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，3、4斷開；電流小于50 mA時，3、4接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA。 （1）利用以下器材設計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖。 光敏電阻，符號R1 ；燈泡L，額定功率40 W，額定電壓36 V，符號L ；保護電阻,符號R2 ；電磁開關，符號1 2 3 4 ；蓄電池E，電壓36 V，內(nèi)阻很??；開關S；導線若干。 （2）回答下列問題： ①如果勵磁線圈的電阻為200，勵磁線圈允許加的最大電壓為 V，保護電阻的阻值范圍為 。 ②在有些應用電磁開關的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?。為此，電磁開關內(nèi)部結(jié)構(gòu)應如何改造？請結(jié)合本題中電磁開關內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。 答： 。 ③任意舉出一個其他的電磁鐵應用的例子。 答： 。 【解析】（1）電路原理如圖所示。要使光敏電阻能夠?qū)﹄娐愤M行控制，且有光照時路燈熄滅，光敏電阻應與1、2串聯(lián)，3、4與路燈串聯(lián)，則電路圖如圖所示。 （2）①由U=IR得勵磁線圈允許加的最大電壓為U=ImR=0.1200 V=20 V；依據(jù)允許通過勵磁線圈的電流最大值和最小值計算得，，因此保護電阻的阻值范圍為160~320 ； ②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當電磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通：不吸合時，3、4之間斷開。 ③電磁起重機 例5.為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)。光控開關可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為lx）。某光敏電阻在不同照度下的阻值如下表： 照度（lx） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻(k) 75 40 28 23 20 18 （1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。 （2）如圖所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設計一個簡單電路。給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0(lx)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。（不考慮控制開關對所設計電路的影響） 提供的器材如下： 光敏電阻（符號，阻值見上表）； 直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)； 定值電阻R1=10 k，R2=20 k，R3=40 k（限選其中之一并在圖中標出）； 開關S及導線若干。 【解析】1）光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如圖所示。特點：光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而非線性的減?。?）電路原理圖如圖所示。給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0(lx)時啟動照明系統(tǒng)，即此時光敏電阻阻值為20 kΩ，兩端電壓為2 V，電源電動勢為3 V，所以應加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10 kΩ，即選用R1。