【物理】2019届一轮复习人教版 实验：传感器的简单应用 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 实验：传感器的简单应用 学案

‎ 实验：传感器的简单应用 知识梳理 一、研究热敏电阻的热敏特性 ‎[基本要求]‎ ‎[数据处理]‎ ‎1.根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性.‎ ‎　　　次数 待测量　 　‎ ‎1‎ ‎2 ‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 温度(℃)‎ 电阻(Ω)[ :学 ]‎ ‎2.在如图所示的坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.‎ ‎[实验结论]‎ 根据实验数据和Rt图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大.‎ 二、研究光敏电阻的光敏特性 ‎[基本要求]‎ ‎[数据处理]‎ 把记录的数据填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性.‎ 光照强度 弱 中 强 无光照射 电阻(Ω)‎ ‎[实验结论]‎ ‎1.光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值小.‎ ‎2.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.‎ ‎[注意事项]‎ ‎1.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来达到实验目的.‎ ‎2.欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零.‎ 考点精练 考向1　温度传感器的应用 ‎[典例1]　(2016·新课标全国卷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超过‎60 ℃‎时，系统报警.提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic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节.已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；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)完成待调节的报警系统原理电路图的连线.‎ ‎(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报警系统：‎ ‎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，报警系统即可正常使用.‎ ‎[解题指导]　从提供的单刀双掷开关可以看出，当开关与c接通时，应形成一个完整的电路，以便对系统进行调节.当调节完成后，只要将开关与d接通，就可以用于报警.‎ 由报警电流推算回路中的总电阻值，便可大致确定滑动变阻器的最小阻值，从而确定选用哪一个变阻器.‎ ‎[解析]　(1)根据题述，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)根据题述，流过报警器的工作电流超过10 mA时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R＝＝ Ω＝1 800 Ω，因此在电路中应选用最大阻值为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，根据实验要求，这一阻值为热敏电阻在‎60 ℃‎时的阻值，即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端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a端，则导致闭合开关后，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，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警.‎ ‎[答案]　(1)连线如图所示　(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警 ‎[ : ]‎ 考向2　光电传感器的应用 ‎[典例2]　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 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在给定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.‎ ‎(2)如图所示，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)‎ 提供的器材如下：‎ 光敏电阻RP(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)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示.特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小.‎ ‎　‎ 甲　　　　　　　　　乙 ‎(2)控制开关自动启动照明系统，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，即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，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示.‎ ‎[答案]　见解析 考向3　其他传感器的应用 ‎[典例3]　利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.图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 丙 ‎(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　　　　(填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图.‎ ‎(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，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)‎ ‎[典例4]　(2017·北京海滨模拟)某种角速度计，其结构如图所示.当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号.已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计.滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则(　　)‎ A.电路中电流随角速度的增大而增大 B.电路中电流随角速度的增大而减小 C.弹簧的伸长量为x＝ D.输出电压U与ω的函数式为U＝ ‎[解析]　系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中的电流保持不变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kx＝mω2(l＋x)，又输出电压U＝E＝E，联立两式得x＝，U＝，故C错误，D正确.‎ ‎[答案]　D