高考試題中的敏感電阻問題.docx

高考試題中的敏感電阻問題一些材料制成的導體的電阻會隨導體所處環(huán)境的溫度、光照、磁場、壓力等的變化而靈敏地變化，用這些材料制成傳感器，可以靈敏的將溫度、光照、磁場、壓力等非電物理量的變化轉化為電流的變化，以實現(xiàn)自動控制或利用電流表實現(xiàn)對溫度、光強、磁感、強度、壓力等非電物理量的測量。以敏感電阻傳感器在自動控制及靈敏測量中的應用為背景，編制探究性、開放性物理試題，是新課程高考試題的特點之一。1熱敏電阻問題例1（2008廣東物理-15）某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性?，F(xiàn)有器材：直流恒流電源（在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定）。電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關和導線等。（1）若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請你在圖1的實物圖上連線。（2）實驗的主要步驟：正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調節(jié)并記錄電源輸出的電流值；在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關，斷開開關；重復第步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù)。（3）實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得圖2的R-t關系圖線，請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R-t關系式：R=+t（）（保留3位有效數(shù)字）。解析：本實驗研究的是熱敏電阻的溫度特性，需建立的是電阻的R-t曲線，溫度可由溫度計測出，而與不同溫度對應的電阻，借助于電壓表的讀數(shù)及電源的輸出電流，由歐姆定律算出。此法屬于測電阻的常用方法，屬于“伏安法”的變通，故電路應如圖3所示連接。實驗中需測的量有電壓和溫度，所以（2）中兩空應填“讀出溫度計示數(shù)”“讀取電壓表示數(shù)”。在圖象上任選兩點，可計算出圖象斜率為04，由于圖象的縱截距為100，所以圖象的方程應是：。本實驗研究熱敏電阻的R-t特性，但實驗的電學操作部分實際是電阻的測量，把傳統(tǒng)的測量電阻實驗原理及方法，放到了研究熱敏電阻R-t特性的背景中，解答此題，關鍵還是對伏安法的熟練掌握。2光敏電阻問題例2（2009山東理綜23-2）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RP在不同照度下的阻值如下表：根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系（圖4）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。如圖5所示，當1、2兩端所加的電壓上長至2V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10（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RP（符號，阻值見上表）；直流電源E（電動勢3V，內(nèi)阻不計）；定值電阻：R110k，R220k，R340k（限選其中之一并在圖中標出）；開關S及導線若干。解析：光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如圖4所示。特點：光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減小電路原理圖如圖5所示。當天色漸暗照度降低至10Lx時啟動照明系統(tǒng)，即此時光敏電阻阻值為20k，兩端電壓為2V，而電源電動勢為3V，所以應加上一個分壓電阻，由閉合電路歐姆定律或串聯(lián)分壓定律可算得，分壓電阻阻值為10k，即選用R1。此題屬于利用光敏電阻設計路燈自動控制開關問題，題中給出與路燈開關開啟時刻照度對應的電阻值為20k，此時能夠啟動控制開關的電壓是2V，只要將光敏電阻與另一定值電阻串聯(lián)接入電源，將控制開關與光敏電阻并聯(lián)，則當光敏電阻兩端電壓為2V時，控制開關將開啟路燈照明。此題的設計電路部分，實際上是分壓電路的設計問題。熟練掌握串聯(lián)電路的分壓關系，是求解本題的關鍵。有些光敏電阻，當光照非常弱時，電阻非常大，此時它相當于斷路，作用相當于開關。3磁敏電阻問題例3（2008山東理綜-23）2007年諾貝爾物理學獎授予了兩位發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻”效應的物理學家。材料的電阻隨磁場的增加而增大的現(xiàn)象稱為磁阻效應，利用這種效應可以測量磁感應強度。若圖6為某磁敏電阻在室溫下的電阻一磁感應強度特性曲線，其中RBR0分別表示有、無磁場時磁敏電阻的阻值。為了測量磁感應強度B，需先測量磁敏電阻處于磁場中的電阻值RB。請按要求完成下列實驗。（1）設計一個可以測量磁場中該磁敏電阻阻值的電路，在圖7的虛線框內(nèi)畫出實驗電路原理圖（磁敏電阻及所處磁場已給出，待測磁場磁感應強度大小約為0610T，不考慮磁場對電路其它部分的影響）。要求誤差較小。提供的器材如下：A磁敏電阻，無磁場時阻值Ro=150B滑動變阻器R，全電阻約20C電流表，量程25mA，內(nèi)阻約30D電壓表，量程3V，內(nèi)阻約3kE直流電源E，電動勢3V，內(nèi)阻不計F開關S，導線若干（2）正確接線后，將磁敏電阻置入待測磁場中，測量數(shù)據(jù)如下表。根據(jù)下表可求出磁敏電阻的測量值RB=_，結合圖6可知待測磁場的磁感應強度B=_T。（3）試結合圖8簡要回答，磁感應強度B在002T和0410T范圍內(nèi)磁敏電阻阻值的變化規(guī)律有何不同？（4）某同學查閱相關資料時看到了圖8所示的磁敏電阻在一定溫度下的電阻一磁感應強度特性曲線（關于縱軸對稱），由圖線可以得到什么結論？解析：（1）測量不同磁感時的電阻，屬于電阻的測量問題，結合題中所給儀器器材，可確定實驗原理是“伏安法”。由于滑動變阻器總電阻較小，滑動變阻器采用分壓式接法。從圖8可以看出，加上磁場后，待測電阻阻值較大（遠大于電流表內(nèi)阻），為使誤差較小，測量電路采用電流表內(nèi)接法。實驗電路連接如圖9所示。（2）由表中數(shù)據(jù)，根據(jù)部分電路歐姆定律可算知磁敏電阻的阻值為1500，由圖6可讀出對應的磁感強度為090T。（3）由圖8可以看出，在002T范圍內(nèi)，磁敏電阻的阻值隨磁感應強度非線性變化（或不均勻變化）；在0410T范圍內(nèi)，磁敏電阻的阻值隨磁感應強度線性變化（或均勻變化）（4）由圖8可知，磁場反向，磁敏電阻的阻值不變。此題中實驗電路的設計，關鍵還在于對“伏安法”測電阻這一基本方法的熟練掌握與理解。4壓敏電阻例4（2007廣東物理-8）壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖10（a）所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中，電流表示數(shù)如圖10（b）所示，下列判斷正確的是（）A從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻速直線運動B從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動C從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運動D從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動解析：運動中小球與小車始終保持相對靜止，兩者具有相同的加速度和瞬時速度。由電流變化圖象可以看出：從0到t1時間內(nèi)、從t2到t3時間內(nèi)電路中的電流保持恒定不變，由閉合電路歐姆定律可知，壓敏電阻的電阻值保持不變，由題意可知，這兩段時間里，壓敏電阻受到的小球水平向左的壓力保持不變，由牛頓第三定律可知，壓敏電阻對小球水平向右的壓力保持不變，由牛頓第二定律可知小球做勻加速直線運動，即小車勻加速直線運動，故C錯D對；從t1到t2時間內(nèi)，電流變大，說