【物理】2018届一轮复习人教版第10章实验十一传感器的简单应用学案

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【物理】2018届一轮复习人教版第10章实验十一传感器的简单应用学案

实验十一 传感器的简单应用 一、研究热敏电阻的热敏特性 ‎[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)‎ ‎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
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