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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 第10章 實(shí)驗(yàn)11 傳感器的簡單使用訓(xùn)練題 新人教版 考綱解讀1.知道什么是傳感器.2.知道熱敏電阻和光敏電阻的作用.3.會討論常見的各種傳感器的工作原理、元件特征及設(shè)計(jì)方案.4.會設(shè)計(jì)簡單的溫度報(bào)警器． 基本實(shí)驗(yàn)要求Ⅰ 研究熱敏電阻的特性 1． 實(shí)驗(yàn)原理 閉合電路的歐姆定律，用歐姆表進(jìn)行測量和觀察． 2． 實(shí)驗(yàn)器材 半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計(jì)、燒杯、涼水和熱水． 3． 實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理； (2)把多用電表置于歐姆擋，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有熱水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)； (3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值； (4)將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄． 4． 數(shù)據(jù)處理 在圖1坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線． 5． 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大． 圖1 6． 注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，加熱水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫． 基本實(shí)驗(yàn)要求Ⅱ 研究光敏電阻的光敏特性 1． 實(shí)驗(yàn)原理 閉合電路的歐姆定律，用歐姆表進(jìn)行測量和觀察． 2． 實(shí)驗(yàn)器材 光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線． 3． 實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器如實(shí)驗(yàn)原理圖所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋； (2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)； (3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄． (4)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄． 4． 數(shù)據(jù)處理 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性． 5． 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 (1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強(qiáng)光照射下電阻值很小． (2)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量． 6． 注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? (2)歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零. 考點(diǎn)一　熱敏電阻的實(shí)際應(yīng)用 例1　利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高． (1)如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變________(填“大”或“小”)． (2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度．如果刻度盤正中的溫度為20C(如圖1甲所示)，則25C的刻度應(yīng)在20C的刻度的________(填“左”或“右”)側(cè)． 　 　　　　　 　甲　　　　　　　　　　 乙 圖1 (3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計(jì)一個電路． 解析　(1)因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時(shí)，電阻增大．故電路中電流會減小． (2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25C的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20C的刻度的右側(cè)． (3)電路如圖所示． 答案　(1)小　(2)右　(3)見解析圖 考點(diǎn)二　光敏電阻傳感器 例2　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)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(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)．某光敏電阻ROS在不同照度下的阻值如下表所示： 照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)趫D2給定的坐標(biāo)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(diǎn)． 圖2 (2)如圖3所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計(jì)一個簡單電路給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗、照度降低至1.0 lx時(shí)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(guān)對所設(shè)計(jì)電路的影響) 圖3 提供的器材如下： 光敏電阻ROS(符號，阻值見上表) 直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計(jì))； 定值電阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ ，R3＝40 kΩ (限選其中之一并在圖中標(biāo)出) 開關(guān)S及導(dǎo)線若干． 解析　(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線，得到如圖所示的變化曲線． 由圖可知阻值隨照度變化的特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大非線性減?。? (2)因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時(shí)啟動照明系統(tǒng)，此時(shí)光敏電阻阻值為20 kΩ，兩端電壓為2 V，電源電動勢為3 V，故應(yīng)加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10 kΩ，即選用R1.此電路的原理圖如圖所示． 答案　見解析 考點(diǎn)三　力電傳感器的實(shí)際應(yīng)用 例3　圖4所示裝置可以用來測量硬彈簧(即勁度系數(shù)較大的彈簧)的勁度系數(shù)k.電源的電動勢為E，內(nèi)阻可忽略不計(jì)；滑動變阻器全長為L，重力加速度為g.為理想電壓表．當(dāng)木板上沒有放重物時(shí)，滑動變阻器的觸頭位于圖中a點(diǎn)，此時(shí)電壓表示數(shù)為零．在木板上放置質(zhì)量為m的重物，滑動變阻器的觸頭隨木板一起下移．由電壓表的示數(shù)U及其他給定條件，可計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)k. 圖4 (1)寫出m、U與k之間所滿足的關(guān)系式． (2)已知E＝1.50 V，L＝12.0 cm，g＝9.80 m/s2.測量結(jié)果如下表： m(kg) 1.00 1.50 3.00 4.50 6.00 7.50 U(V) 0.108 0.154 0.290 0.446 0.608 0.740 ①在圖5中給出的坐標(biāo)紙上利用表中數(shù)據(jù)描出m－U直線． 圖5 ②m－U直線的斜率為________kg/V； ③彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)． 解析　(1)設(shè)放置質(zhì)量m的物體時(shí)彈簧壓縮量為x，則有 mg＝kx 又U＝E 解得m＝U. (2)①用描點(diǎn)法作圖，作出的圖象如圖所示． ②選取(0,0)、(0.90,9)兩點(diǎn)，則斜率為＝ kg/V＝10.0 kg/V. ③因m＝U，故＝， k＝＝10.0 N/m＝1.23103 N/m. 答案　(1)m＝U　(2)①見解析圖?、?0.0?、?.23103 1． 關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是 (　　) A．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量→轉(zhuǎn)換元件 B．電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→非電學(xué)量 C．非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量 D．非電學(xué)量→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→敏感元件→電學(xué)量 答案　C 解析　傳感器工作的一般流程為：非電學(xué)量被敏感元件感知，然后通過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，再通過轉(zhuǎn)換電路將此信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的電學(xué)量，因此A、B、D錯，C對． 2． (xx江蘇6)美國科學(xué)家Willard S. Boyle與George E. Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲xx年度諾貝爾物理學(xué)獎．CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器．下列器件可作為傳感器的有 (　　) A．發(fā)光二極管 B．熱敏電阻 C．霍爾元件 D．干電池 答案　BC 3． 為了保護(hù)電腦元件不受損害，在電腦內(nèi)部有很多傳感器，其中最重要的就是溫度傳感器，常用的溫度傳感器有兩種：一種是用金屬做的熱電阻；另一種是用半導(dǎo)體做的熱敏電阻．關(guān)于這兩種溫度傳感器的特點(diǎn)，下列說法正確的是 (　　) A．金屬做的熱電阻隨著溫度的升高電阻變大 B．金屬做的熱電阻隨著溫度的升高電阻變小 C．用半導(dǎo)體做的熱敏電阻隨著溫度的升高電阻變大 D．用半導(dǎo)體做的熱敏電阻隨著溫度的升高電阻變小 答案　AD 解析　金屬的電阻率隨著溫度的升高而變大，半導(dǎo)體在溫度升高時(shí)電阻會變小，故選A、D. 4． 如圖6(a)所示，光敏電阻R2上加上如圖(b)所示的光照，那么R2兩端的電壓變化是下列圖中的 (　　) 圖6 答案　B 解析　光敏電阻阻值隨光照的增強(qiáng)而減小，根據(jù)題圖乙知R2兩端的電壓隨之同頻率地先減小后增大，但不會是零，所以選B. 5. 如圖7所示是一火警報(bào)警器的部分電路示意圖，其中R3為用半 導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器．值班室的顯示器為電路中的電流 表，a、b之間接報(bào)警器．當(dāng)傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示 器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是 (　　) 圖7 A．I變大，U變大 B．I變大，U變小 C．I變小，U變小 D．I變小，U變大 答案　C 解析　當(dāng)傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時(shí)，溫度升高，R3阻值變小，電路的總電阻變小，電路的總電流變大．r兩端的電壓變大，所以路端電壓(即報(bào)警器兩端的電壓U)變??；又R1兩端的電壓變大，R2與R3的并聯(lián)電壓變小，所以流過R2的電流(即顯示器的電流I)變小． 6． 如圖8所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻， 當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí) (　　) A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2中電流減小 圖8 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 答案　ABC 解析　當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路總電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤；由路端電壓減小，R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故C項(xiàng)正確． 7． 一臺臭氧發(fā)生器P的電阻為10 kΩ，當(dāng)供電電壓等于24 V時(shí)能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧．現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時(shí)能產(chǎn)生臭氧，在黑暗時(shí)不產(chǎn)生臭氧，擬用一個光敏電阻R1對它進(jìn)行控制，R1的阻值在有光照時(shí)為100 Ω，黑暗時(shí)為1 000 Ω，允許通過的最大電流為3 mA；電源E的電壓為36 V，內(nèi)阻不計(jì)；另有一個滑動變阻器R2，阻值為0～100 Ω，允許通過的最大電流為0.4 A；一個開 圖9 關(guān)S和導(dǎo)線若干．臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號如圖9所示． 設(shè)計(jì)一個滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標(biāo)上字母代號，其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標(biāo)上字母A、B.(電路圖畫在虛線框內(nèi)) 答案　見解析圖 解析　為了能控制臭氧發(fā)生器，應(yīng)該用滑動變阻器的分壓式接法，有光照時(shí)P能正常工作，無光照時(shí)P不工作．電路圖如圖所示： 8． 熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求該特性曲線盡可能完整．已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4 Ω～5 Ω.將熱敏電阻和溫度計(jì)插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3 V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1 Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5 kΩ)、滑動變阻器(0～20 Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干． (1)在下面的虛線框中畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，要求測量誤差盡可能?。? (2)根據(jù)電路圖，在圖10的實(shí)物圖上連線． 圖10 (3)簡要寫出完成接線后的主要實(shí)驗(yàn)步驟． 答案　見解析 解析　(1)為獲得更多的數(shù)據(jù)，應(yīng)使電壓從零開始變化，故應(yīng)采用分壓電路．由于待測熱敏電阻阻值約4 Ω～5 Ω，故應(yīng)采用電流表外接法，電路圖如圖所示． (2)按電路圖連接實(shí)物圖如圖所示． (3)①往保溫杯中加入一些熱水，待溫度穩(wěn)定時(shí)讀出溫度計(jì)示數(shù)； ②調(diào)節(jié)滑動變阻器，快速測出幾組電流表和電壓表的值并記錄； ③重復(fù)①、②，測量不同溫度下的電流表和電壓表的值并作記錄； ④繪出各測量溫度下熱敏電阻的伏安特性曲線．