2025版高考物理一輪復習第11章實驗12傳感器的簡單應用教學案新人教版

PAGE8-試驗十二傳感器的簡潔應用1．試驗目的(1)了解常見傳感器元件的作用。(2)探究熱敏電阻、光敏電阻的特性。2．試驗原理傳感器將感受到的非電學量(力、熱、光、聲等)，轉(zhuǎn)換成便于測量的電學量。3．試驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等。4．試驗過程(1)探討熱敏電阻的特性①按如圖所示連接好實物。②將熱水分幾次注入燒杯中，測量每次水的溫度、熱敏電阻的阻值。③總結(jié)：熱敏電阻的阻值隨溫度的上升而減小，隨溫度的降低而增大。(2)探討光敏電阻的特性①將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖所示正確連接，多用電表置于“×100”擋。②先測出在室內(nèi)自然光的照耀下光敏電阻的阻值。③打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)整燈泡的亮度使之漸漸變亮，視察光敏電阻的變更狀況。④用黑紙遮光時，視察光敏電阻的變更狀況。⑤總結(jié)：光照增加光敏電阻阻值變小，光照減弱光敏電阻阻值變大?？键c一|熱敏電阻的特性與應用1．熱敏電阻的特性熱敏電阻的阻值隨溫度上升而減小，隨溫度降低而增大。2．熱敏電阻的作用將溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。eq\o([考點對練])1．利用負溫度系數(shù)熱敏電阻(溫度越高，電阻越小)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)的溫度變更，反應快，而且精確度高。(1)假如將負溫度系數(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________(選填“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的溫度刻度，就能干脆顯示出熱敏電阻旁邊的溫度。假如刻度盤正中的溫度為20℃(如圖甲所示)，則25℃的刻度應在20℃的刻度的________(選填“左”或“右”)側(cè)。甲乙(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變更，請用圖乙中的器材(可增加元器件)設計一個電路。解析：(1)因為溫度降低時，負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值增大，故電路中電流會減小。(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25℃的刻度應對應較大電流，故在20℃的刻度的右側(cè)。(3)電路如圖所示答案：(1)小(2)右(3)見解析2．(2024·佛山模擬)如圖甲表示某電阻R隨攝氏溫度t變更的關系，圖中R0表示0℃時的電阻，K表示圖線的斜率。若用該電阻與電池(E，r)、電流表Rg、變阻器R′串聯(lián)起來，連接成如圖乙所示的電路，用該電阻做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應的溫度刻度，于是就得到了一個簡潔的“電阻測溫計”。甲乙(1)實際運用時要把電流表的刻度值改為相應的溫度刻度值，若溫度t1<t2，則t1的刻度應在t2的________(選填“左”或“右”)側(cè)。(2)在標識“電阻測溫計”的溫度刻度時，須要弄清所測溫度和電流的對應關系。請用E、R0、K等物理量表示所測溫度t與電流I的關系式：t＝________________。(3)由(2)知，計算溫度和電流的對應關系，須要測量電流表的內(nèi)阻(約為200Ω)。已知試驗室有下列器材：A．電阻箱(0～99.99Ω)；B．電阻箱(0～999.9Ω)；C.滑動變阻器(0～20Ω)；D.滑動變阻器(0～20kΩ)。此外，還有電動勢合適的電源、開關、導線等。請在虛線框內(nèi)設計一個用“半偏法”測電流表內(nèi)阻Rg的電路；在這個試驗電路中，電阻箱應選________；滑動變阻器應選________。(只填代碼)解析：(1)由題圖甲可知，金屬溫度上升電阻增大，電流計電流減小，可知t1刻度應在t2的右側(cè)。(2)由閉合電路歐姆定律知E＝I(R＋R′＋Rg＋r)由題圖甲知R＝R0＋Kt解得t＝eq\f(E,KI)－eq\f(1,K)(Rg＋r＋R′＋R0)。(3)采納半偏法測電阻值，電阻箱的最大阻值應當大于電流表的內(nèi)阻，同時滑動變阻器應當選擇阻值較大的，故電阻箱選擇B，滑動變阻器選擇D。電路圖如圖所示。答案：(1)右(2)eq\f(E,KI)－eq\f(1,K)(Rg＋r＋R′＋R0)(3)電路圖見解析BD3.如圖所示，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內(nèi)；為毫安表，量程6mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3V，內(nèi)阻很小；R為電阻箱，最大阻值為999.9Ω，S為開關。已知RT在95℃時的阻值為150Ω，在20℃時的阻值約為550Ω?，F(xiàn)要求在降溫過程中測量在20～95℃之間的多個溫度下RT的阻值。(1)在圖中畫出連線，完成試驗原理電路圖。(2)完成下列試驗步驟中的填空：a．依照試驗原理電路圖連線。b．調(diào)整控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT的溫度為95℃。c．將電阻箱調(diào)到適當?shù)淖柚?，以保證儀器平安。d．閉合開關，調(diào)整電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0，并記錄________。e．將RT的溫度降為T1(20℃<T1<95℃)；調(diào)整電阻箱，使得電流表的讀數(shù)________，記錄________。f．溫度為T1時熱敏電阻的電阻值RT1＝________。g．逐步降低T1的數(shù)值，直到20℃為止；在每一溫度下重復步驟e、f。解析：(1)依據(jù)所給器材，要測量在不同溫度下RT的阻值，只能將電阻箱、熱敏電阻、毫安表與電源串聯(lián)形成測量電路，如圖所示。(2)依照試驗原理電路圖連線；調(diào)整控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT的溫度為95℃，此時RT阻值為150Ω，將電阻箱調(diào)到適當?shù)淖柚担员ＷC儀器平安；閉合開關，調(diào)整電阻箱，記錄毫安表的示數(shù)I0，并記錄電阻箱的讀數(shù)R0，依據(jù)歐姆定律有I0＝eq\f(E,R0＋150Ω＋RA)；將RT的溫度降為T1(20℃<T1<95℃)；調(diào)整電阻箱，使得毫安表的讀數(shù)仍為I0，記錄電阻箱的讀數(shù)為R1，依據(jù)歐姆定律：I0＝eq\f(E,R1＋RT1＋RA)，則eq\f(E,R0＋150Ω＋RA)＝eq\f(E,R1＋RT1＋RA)，解得RT1＝R0－R1＋150Ω。答案：(1)見解析(2)d.電阻箱的讀數(shù)R0e．仍為I0電阻箱的讀數(shù)R1f．R0－R1＋150Ω考點二|光敏電阻的特性與應用1．光敏電阻的特性光照增加光敏電阻變小，光照減弱光敏電阻變大。2．光敏電阻的作用將光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。eq\o([考點對練])1．一臺臭氧發(fā)生器P的電阻為10kΩ，當供電電壓等于24V時能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧?，F(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時能產(chǎn)生臭氧，在黑暗時不產(chǎn)生臭氧，擬用一個光敏電阻R1對它進行限制，R1的阻值在有光照時為100Ω，黑暗時為1000Ω、允許通過的最大電流為3mA；電源E的電壓為36V、內(nèi)阻不計；另有一個滑動變阻器R2，阻值為0～100Ω、允許通過的最大電流為0.4A；一個開關S和導線若干。臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號如圖所示。設計一個滿意上述要求的電路圖，圖中各元件要標上字母代號，其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標上字母A、B(電路圖畫在虛線框內(nèi))。解析：因變阻器最大阻值100Ω遠小于臭氧發(fā)生器P的電阻10kΩ，為了能限制臭氧發(fā)生器，應當運用滑動變阻器的分壓式連接，有光照時P能正常工作，無光照時P不工作，電路如圖所示。答案：見解析2．為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所運用光控開關限制照明系統(tǒng)。光控開關可采納光敏電阻來限制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變更的元件(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：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018(1)依據(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更的曲線，并說明阻值隨照度變更的特點。(2)如圖所示，當1、2兩端所加電壓上升至2V時，限制開關自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設計一個簡潔電路，給1、2兩端供應電壓，要求當天色漸暗，照度降低至1.0lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮限制開關對所設計電路的影響)供應的器材如下：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：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(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度變更的曲線如圖甲所示。特點：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。甲乙(2)限制開關自動啟動照明系統(tǒng)，給1、2兩端供應電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0lx時啟動照明系統(tǒng)，即此時間敏電阻阻值為20kΩ，兩端電壓為2V，電源電動勢為3V，所以應加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10kΩ，即選用R1，電路原理圖如圖乙所示。答案：見解析考點三|傳感器的試驗拓展除了熱敏電阻和光敏電阻外，還有一些常用的傳感器元件如下：(1)壓敏電阻：將壓力轉(zhuǎn)換為電學量(電阻)。(2)氣敏電阻：將氣體濃度轉(zhuǎn)換電學量(電阻)。(3)光電管：將所收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。(4)電容器：將位移、角度、壓力轉(zhuǎn)換為電學量(電容)。(5)霍爾元件：將磁感應強度轉(zhuǎn)換為電學量(電壓)。(6)彈簧：將彈力、加速度轉(zhuǎn)換為電學量(電流)。eq\o([考點對練])1．(多選)(2024·南通模擬)霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理圖如圖所示，傳感器固定在圓盤旁邊，圓盤上固定4個小磁體，在a、b間輸入方向由a到b的恒定電流，圓盤轉(zhuǎn)動時，每當磁體經(jīng)過霍爾元件，傳感器c、d端輸出一個脈沖電壓，檢測單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)可得到圓盤的轉(zhuǎn)速。關于該測速傳感器，下列說法中正確的有()A．在圖示位置時刻d點電勢高于c點電勢B．圓盤轉(zhuǎn)動越快，輸出脈動電壓峰值越高C．c、d端輸出脈沖電壓的頻率是圓盤轉(zhuǎn)速的4倍D．增加小磁體個數(shù)，傳感器轉(zhuǎn)速測量更精確CD[霍爾元件有電子或空穴導電，依據(jù)左手定則，載流子向上表面偏轉(zhuǎn)，即c點，所以c點電勢不肯定高于d點，故A項錯誤；最終電子或空穴在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡，設霍爾元件的長、寬、厚分別為a、b、c，電子或空穴定向移動的速度為v，有qeq\f(U,b)＝qvB，所以U＝Bbv，輸出脈沖電壓峰值與圓盤轉(zhuǎn)動快慢無關，故B項錯誤；當小磁體靠近霍爾元件時，就是會產(chǎn)生一個脈沖電壓，因此c、d端輸出脈沖電壓的頻率是圓盤轉(zhuǎn)動頻率的4倍，即為轉(zhuǎn)速的4倍，故C項正確；當增加小磁體個數(shù)，傳感器c、d端輸出一個脈沖電壓頻率變高，那么傳感器轉(zhuǎn)速測量更精確，故D項正確。]2.某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變，其電阻率也要發(fā)生變更，這種由于外力的作用而使材料電阻率發(fā)生變更的現(xiàn)象稱為“壓阻效應”?，F(xiàn)用如圖所示的電路探討某長薄板電阻Rx的壓阻效應，已知Rx的阻值變更范圍為幾歐到幾十歐，試驗室中有下列器材：A．電源E(3V，內(nèi)阻約為1Ω)B．電流表A1(0～0.6A，內(nèi)阻r1＝5Ω)C．電流表A2(0～0.6A，內(nèi)阻r2約為1Ω)D．開關S，定值電阻R0＝5Ω(1)為了比較精確地測量電阻Rx的阻值，請完成虛線框內(nèi)電路圖的設計。(2)在電阻Rx上加一個豎直向下的力F(設豎直向下為正方向)，閉合開關S，登記電表讀數(shù)，A1的讀數(shù)為I1，A2的讀數(shù)為I2，得Rx＝________(用字母表示)。(3)變更力的大小，得到不同的Rx值，然后讓力反向從下向上擠壓電阻，并變更力的大小，得到不同的Rx值。最終繪成的圖象如圖所示，除視察到電阻Rx的阻值隨壓力F的增大而勻稱減小外，還可以得到的結(jié)論是_____________________________________________________________________________________________________________________________。當F豎直向下時，可得Rx與所受壓力F的數(shù)值關系是Rx＝________。解析：(1)利用伏安