(新课标)高考物理一轮复习 第十一章 交变电流传感器 实验十二 传感器的简单使用随堂达标课件

取夺市安慰阳光实验学校实验十二传感器的简单应用一、实验目的1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性．2．了解传感器的简单应用．二、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．考点一| 热敏电阻的原理及应用[母题] 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，请你在图实­12­1的实物图上连线．图实­12­1(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，并据此绘得图实­12­2所示的R­t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R­t关系式：R＝________＋________t(Ω)．图实­12­2【解析】(3)根据R＝UI就可求出不同温度下热敏电阻的阻值，并据此绘得R­t图线．在图线上取两点，当t1＝10 ℃时，R1＝104 Ω，当t2＝60 ℃时，R2＝124 Ω，R­t图线的斜率为R2－R1t2－t1＝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R­t关系式为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)100 0.4[借题悟法·核心点拨]1．(2017·贵阳模拟)图实­12­3为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃，则图中的甲、乙、丙分别是( )图实­12­3A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡B．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡C．绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻D．半导体、热敏电阻、绿灯泡、小电铃B[根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮，所以丙为是绿灯；温度升高，热敏电阻阻值较小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增大，将衔铁吸下，丙电路断开，乙电路接通电铃响，所以乙为小电铃；由以上的分析可知，甲是半导体热敏电阻．故选B.]2．(2016·全国乙卷)现要组装一个由热敏电阻控制的系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统．提供的器材有：热敏电阻，器(内阻很小，流过的电流超过I c时就会)，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；流过器的电流超过20 mA时，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)完成待调节的系统原理电路图的连线．图实­12­4(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，系统即可正常使用．【解析】(1)电路图连接如图．(2)器开始时，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，电阻箱的阻值应为器时热敏电阻的阻值，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＝18650.0 A≈27.7 mA，超过器最大电流20 mA，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，直至器开始为止．【答案】(1)连线如解析图所示(2) R2(3)①650.0b接通电源后，流过器的电流会超过20 mA，器可能损坏②c器开始考点二| 光敏电阻的应用[母题] 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：照度(lx)0.20.40.60.8 1.0 1.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在图图实­12­5所示的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．图实­12­5(2)如图实­12­6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)图实­12­6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．【解析】(1)根据表中的数据，在坐标系中描点连线，得到如图所示的变化曲线．由图可知光敏电阻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)因天色渐暗、照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1.此电路的原理图如图所示．[借题悟法·核心点拨]1．(多选)(2017·兰州模拟)某温度检测、光电控制加热装置原理如图实­12­7所示．图中R T为热敏电阻(随温度升高，阻值减小)，用来探测加热电阻丝R的温度，R G为光敏电阻(随光照强度增大，阻值减小)，接收小灯泡L的光照，除R T、R G外，其他电阻均为定值电阻．当R处温度升高时( ) 【：92492395】图实­12­7A．L变亮B．R3的电流减小C．E2的路端电压增大D．R的功率减小AD[当R处温度升高时，R T阻值变小，小灯泡L的光照强度增大，R G阻值变小，通过R2的电流变大，E2的路端电压变小，R两端电压变小，通过的电流也变小，功率变小，通过R3的电流变大，选项A、D正确，B、C错误．] 2．为了节能环保，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照度的变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如表中所示，根据表中已知数据，在如图实­12­8所示坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图象可求出照度为1.0 lx时的电阻约为________kΩ.图实­12­8铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．图实­12­9(3)用多用电表“×10 Ω”档，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图实­12­10所示，则线圈的电阻为________Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3(0～1 750 Ω，1 A)．要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”). 为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻．图实­12­10【解析】(1)由描点绘出的图象可以找出照度为1.0 lx时光敏电阻的阻值为2.0 kΩ；(2)电源与开关、滑动变阻器、光敏电阻和电磁铁串联起来．当受光照作用较强时，光敏电阻阻值较小，通过电磁铁的电流较大，对衔铁磁力增大，与触点C接通，此时应使路灯不亮，故路灯应接在AB之间；(3)多用电表读数为14，乘以倍率“×10”，故线圈电阻为140 Ω.由闭合电路欧姆定律可知，电路总电阻达到3 kΩ时，电路接通，故滑动变阻器电阻应与光敏电阻同一数量级，故滑动变阻器选择R3.天色更暗，光敏电阻阻值增大，为使路灯此时点亮，则滑动变阻器电阻应减小．【答案】(1)2.0(误差允许范围内均对)(2)AB接线图如图所示(3)140 R3减小考点三| 传感器在实际中的应用[母题] (2017·部分重点高中联考)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等．图实­12­11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．甲乙(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”)；请在图实­12­11乙的方框中画出该实验的电路图．丙图实­12­11(2)如果将该小灯泡接入图实­12­11丙所示的电路中，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)[借题悟法·核心点拨]1．(多选)(2017·恩施模拟)工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图实­12­12甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器．拉力传感器的内部电路如图实­12­12丙所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示，已知料斗重1×103 N，没装料时U ba＝0，g取10 m/s2.下列说法中正确的是( )【：92492396】甲乙丙图实­12­12A．R3阻值为40 kΩB．装料时，R0的阻值逐渐变大，U ba的值逐渐变小C．拉力越大应变片电阻阻值也变大，U ba传感器的示数也变大D．应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量AC[没装料时，根据串并联电路规律可得R1两端的电压为：U R1＝R1R1＋R2×12＝8 V；从R­F图中可得，没装料时，料斗重1×103N，此时R0＝20 kΩ，所以R3两端的电压为U R3＝R3R3＋R0×12＝12R3R3＋20，因为此时U ba＝0，说明R1两端的电压和R3两端的电压相等，即12R3R3＋20＝8 V，解得R3＝40 kΩ，A正确；装料时，由于R1所在支路电流恒定，所以a点的电势恒定，而R3所在支路中R0逐渐增大，该支路电流减小，R3两端的电压减小，即b的电势升高，所以U ba逐渐增大，B 错误，C正确；应变片作用是把拉力这个力学量转换为电压这个电学量，D错误；故选A、C.]2.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图实­12­13中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表○A (实质是理想电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，g取10 m/s2.请作答：图实­12­13处． (2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA ，这个人的质量是________kg.【解析】 (1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻R ＝300 Ω，此时○A 中电流I ＝U R ＝4.8300A ＝1.6×10－2A.(2)当电流I ′＝20 mA ＝2×10－2A 时，压力传感器的电阻R ′＝UI ′＝4.82×10－2 Ω＝240 Ω，由表格可知，这个人受到的重力为500 N ，此人质量为50 kg.【答案】 (1)1.6×10－2(2)50。

实验十二传感器的简单使用1. 酒精测试仪用于灵巧车驾驶人员可否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测．它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化．在以下列图的电路中，酒精气体的不同样浓度对应着传感器的不同样电阻．这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．若是二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的选项是()A．U越大，表示C越大，C与U成正比B．U越大，表示C越大，但是C与U不行正比C．U越大，表示C越小，C与U成反比D．U越大，表示C越小，但是C与U不行反比剖析：选B.设二氧化锡半导体型酒精气体传感器的电阻为R x，由闭合电路欧姆定律得，干路的电流I＝Er＋R0＋R＋R x，电压表示数U＝IR0＝ER0r＋R0＋R＋R x，而R x C＝k(定值)，由以上关系式可见U越大，表示C越大，但是C与U不行正比，故B项正确．2．在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路以下列图．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻R M发生变化，以致S两端电压U增大，装置发出警报，此时()A．R M变大，且R越大，U增大越明显B．R M变大，且R越小，U增大越明显C．R M变小，且R越大，U增大越明显D．R M变小，且R越小，U增大越明显剖析：选C.当R M变大时，回路的总电阻R总变大，依照I总＝ER总，得干路中的电流变小，S两端的电压U＝I总R S变小，应选项A、B错误；当R M变小时，回路的总电阻R总＝11R＋1R M＋R S变小，依照I总＝ER总，得干路中的电流变大，S两端的电压U ＝I总R S变大，而且R越大，R M变小时，对回路的总电阻变化的影响越明显，应选项C正确，选项D错误．3．(2016·高考北京卷) 热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的表示图．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”)．剖析：由题图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化明显，故对温度更敏感．答案：增强敏感4．对温度敏感的半导体资料制成的某热敏电阻R T，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将R T和两个合适的定值电阻R1、R2连成如图虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且拥有合适的阻值范围．为了考据这个设计，他采用伏安法测量在不同样温度下R L的阻值，测量电路以下列图，图中的电压表内阻很大．实验中的部分实验数据测量结果如表所示．温度t/℃30.040.050.060.070.080.090.0R L阻值/Ω54.351.047.544.341.037.934.7 I/mA93.397.6102.9109.7116.7125.2134.2U/V 5.07 5.02 4.97 4.90 4.83 4.75 4.66 回答以下问题：(1)依照图甲所示的电路，在如图乙所示的实物图上连线．(2)为了检验R L与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作出R L－t关系图线．(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丙所示，电流表的读数为______________，电压表的读数为________．此时等效电阻R L的阻值为________；热敏电阻所处环境的温度约为________．丙剖析：(3)因为电流表的最小刻度为5 mA，故读数时只需要精确到1 mA，因此电流表的读数为115 mA，而电压表的最小刻度为0.1 V，故读数时要估读到0.01 V，因此电压表的读数为5.00 V．等效电阻R L＝UI≈43.5 Ω，结合R L－t图象可知热敏电阻所处环境的温度约为62.5 ℃.答案：(1)连线以下列图(2)R L－t关系图线以下列图(3)115 mA 5.00 V43.5 Ω62.5 ℃5．(2019·郑州模拟)电控调光玻璃能依照光照强度自动调治玻璃的透明度，将光敏电阻R x和定值电阻R0接在9 V的电源上，电源内阻不计，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：光强E/cd1234 5电阻值/Ω1896 3.6[“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)](1)当光照强度为4坎德拉(cd)岁月敏电阻R x的大小为________Ω.(2)其原理是光照增强，光敏电阻R x阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升．若电源电压不变，R0是定值电阻，则以下电路图中吻合要求的是________(填序号)．(3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此岁月照强度为多少？剖析：(1)由表格数据可知，光敏电阻R x与光强E的乘积均为18 Ω·cd不变，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值：R x＝18 Ω·cd4 cd＝4.5 Ω.(2)由题意可知，光敏电阻R x与定值电阻R0串通连接，光照增强时，光敏电阻R x阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝UR可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串通电路中总电压等于各分电压之和，因此R x两端的电压减小，反之光照减弱时，光敏电阻R x阻值增大，R0两端的电压减小，R x两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不吻合，玻璃并联在R x 两端时吻合，故A项错误，C项正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D项错误．(3)当R0＝12 Ω，光敏电阻两端的电压U x＝3 V，因串通电路中总电压等于各分电压之和，R0两端的电压：U0＝U－U x＝9 V－3 V＝6 V，因串通电路中各处的电流相等，因此电路中的电流I＝U0R0＝U xR′x，即6 V12 Ω＝3 VR′x，解得R′x＝6 Ω，此岁月照强度E′＝18 Ω·cd6 Ω＝3 cd.答案：(1)4.5(2)C(3)3 cd6．(2016·高考全国卷Ⅰ)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高出60 ℃时，系统报警．供应的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流高出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治．已知U约为18 V，I c约为10 mA；流过报警器的电流高出20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度高升而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.(1)完成待调治的报警系统原理电路图的连线．(2)电路中应采用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．(3)依照以下步骤调治此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，依照实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端周边，不能够置于另一端的原因是______________________________________________________________ __________．②将开关向______(填“c”或“d”)端闭合，缓慢搬动滑动变阻器的滑片，直至______________________________________________________________ __________．(4)保持滑动变阻器滑片的地址不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．剖析：(1)依照题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案图所示．(2)依照题述，流过报警器的工作电流高出10 mA时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值最少为R＝UI c＝1810×10－3Ω＝1 800 Ω，因此在电路中应采用最大阻值为2 000 Ω的滑动变阻器R2.(3)①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，依照实验要求，这一阻值为热敏电阻在60 ℃时的阻值650.0 Ω；滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处，即b端周边，不能够置于另一端的原因是：若置于a端，则以致闭合开关后，报警器中电流大于20 mA，报警器可能损坏．②将开关向c端闭合，缓慢搬动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警．答案：(1)连线以下列图(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会高出20 mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警。

实验十二传感器的简单使用一、研究热敏电阻的热敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性注意事项1.在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。

2.光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。

3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。

热点一教材原型实验【例1】利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。

(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”)。

(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。

如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图1甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧。

图1(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。

解析 (1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大。

故电路中电流会减小。

(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃的刻度的右侧。

(3)如图所示。

答案 (1)小 (2)右 (3)见解析【变式训练1】 为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图2甲所示的电路进行实验，得出两种U －I 图线，如图乙所示。

图2(1)根据U －I 图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为__________ Ω，强光照射时电阻为__________Ω；(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中__________(选填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大。