【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇传感器的简单使用（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇传感器的简单使用（解析版）

传感器的简单使用 ‎1、同学想到自己制作一个金属温度计,为此该同学从实验室找到一个热敏电阻,并通过查资料获得该热敏电阻的阻值R随温度t变化的图线,如图甲所示.该同学进行了如下设计:将一电动势E=1.5V(内阻不计)的电源、量程5mA内阻Rg=100Ω的电流表及电阻箱R′,及用该电阻作测温探头的电阻R,串成如图乙所示的电路,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.‎ ‎1.电流刻度较小处对应的温度刻度__________;(填“较高”或“较低”) 2.若电阻箱阻值R′=70Ω,图丙中5mA刻度处对应的温度数值为__________℃.‎ ‎2、某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有:灵敏电流表(待改装),学生电源(电动势为E,内阻不计),滑动变阻器,单刀双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计,PTC热敏电阻(PTC热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为)。设计电路如图所示,并按如下步骤进行操作。‎ ‎(1)按电路图连接好实验器材。‎ ‎(2)将滑动变阻器滑片P滑到__________(填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于__________(填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流表__________,并在以后的操作中保持滑片P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。 (3)容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5°C,就将开关S置于 d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图, 写出电流与温度的关系式(用题目中给定的符号)I=__________。 (4)根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表。根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在__________(填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀?__________(填“是”或“否”)。‎ ‎3、传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、卢等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由热敏电阻作为传感器制作的简单自动报警器的线路图.‎ ‎(1)为了使温度过高时报警器响铃,c应接在_____________(填“a”或“b”)处.‎ ‎(2)若使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器滑片P向___________(填“左”或“右”)移动.‎ ‎(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能正常工作的原因可能是________________.(写出一种可能就可以)‎ ‎4、图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中称重的关键元件是拉力传感器,其工作原理是:挂钩上挂上重物,拉力传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将重物的质量变换为电信号的过程。‎ 小明找到了一根拉力敏感电阻丝,其阻值随拉力变化的图象如图乙所示,小明设计了合适的电路图并按图制成了一个简易“吊秤”。实验室提供了如下器材。‎ 电源电动势为15V,内阻约2Ω;‎ 灵敏毫安表:量程为10mA,内阻约50Ω;‎ 滑动变阻器R:最大阻值为10kΩ;‎ 接在两接线柱之间,通过光滑绝缘小滑环可将重物吊起;‎ 开关S和导线若干。‎ ‎1.请在图丙中帮助小明将设计的实验电路图补充完整。‎ ‎2.小明根据设计好的电路图,连接好实验电路,完成下列操作:‎ a.滑环下不吊重物时,调节滑动变阻器,当电流表为某一合适示数时,读出电流表的示数;‎ b.滑环下吊上待测重物,测出电阻丝与竖直方夹角为,保持滑动变阻器滑片位置不变,读出此时电流表的示数。‎ 设图象斜率为k,待测重物的重力G的表达式为G=___________________(用物理量的符号表示),测得,分别为9.0mA和7.8mA,则待测重物的重力G=_________________N(结果保留一位小数)。‎ ‎3.小明在实验的过程中不慎将灵敏毫安表烧坏,现手头只有量程为2mA、内阻(标称值)为200Ω的电流表,还有定值电阻均(50Ω)、定值电阻(10Ω)可供选择,为了使实验顺利进行,小明决定改装电流表,将2mA的量程扩大至10mA,小明改装的方法是电流表应该和定值电阻_____________(选填“串联”或“并联”),且定值电阻应选择________________(在空格内填写字母代号)。‎ ‎4.由于量程为2mA、内阻为200Ω的电流表内阻的真实值比标称值略大,导致改装后的电流表示数与真实示数相比______________(选填“偏大”或“偏小”),应该使选择的定值电阻阻值适当__________________(选填“增大”,“减小”或“不变”)。‎ ‎5、如图甲为某一热敏电阻(电阻随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的关系曲线图。‎ ‎(1)为了通过测量得到如图甲所示关系的完整曲线,在图乙和丙两个电路中应选择的是图________;简要说明理由:_____________________________(电源电动势为9V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0-100Ω)‎ ‎(2)在如图丁所示电路中,电源电压恒为9V,电流表读数为70mA,定值电阻。由热敏电阻的关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为__________V;电阻的阻值为__________Ω。‎ ‎6、如图甲所示的装置可以用来测最硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数k.电源的电动势为E,内阻可忽略不计;滑动变阻器全长为L,重力加速度为g.V为理想电压表.当木板上没有放重物时,滑动变阻器的触头位于图中的a点,此时电压表示数为零.在木板上放置质量为m的重物,滑动变阻器的触头随木板一起下移.由电压表的示数U及其他给定条件,可计算出弹簧的劲度系数k.‎ ‎1.写出与k之间所满足的关系式___________.‎ ‎2.已知,,.测量结果如下表:‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎3.00‎ ‎4.50‎ ‎6.00‎ ‎7.50‎ ‎0.108‎ ‎0.154‎ ‎0.290‎ ‎0.446‎ ‎0.608‎ ‎0.740‎ ‎①在图乙给出的坐标纸上利用表中数据描出图线.‎ ‎②图线的斜率为___________kg/V.(结果保留三位有效数字)‎ ‎③弹簧的劲度系数____________N/m.‎ ‎7、材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻现象”，利用这种效应可以测量压力大小，若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线，其中.分别表示有.无压力时压敏电阻的阻值，为了测量压力F，需先测量压敏电阻处 于压力中的电阻值，请按要求完成下列实验。 ‎ ‎（1）设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框内画出实验电路原理图（压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为40N～80N，不考虑压力对电路中其他部分的影响）。要求误差较小。提供的器材如下：‎ A.压敏电阻，无压力时阻值 ‎ B.滑动变阻器R，全电阻约 ‎ C.电流表A，量程2.5mA，内阻约30Ω D.电压表V，量程3V，内阻约3kΩE.直流电源 E，电动势3V，内阻很小F.开关S与导线若干 （2）正确连线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为        V。  （3）此时压敏电阻的阻值为         Ω；结合图甲可知待测压力的大小F=     N。（计算结果均保留两位有效数字）‎ ‎8、如图甲所示为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度装置的示意图.当罐中装满液体时,液面与出液口高度差为h,罐外有一竖直放置的管,管内一侧有沿竖直线排列的多个光敏电阻,另一侧有一列光强稳定的光源.液面上一浮块与一块遮光板通过绕过定滑轮的细线相连,遮光板可随浮块的升降在管内上下运动,光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为h.当储液罐内装满液体时,遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等高,管内的光均匀地照射在光敏电阻上,光敏电阻和仪表相连.现要求设计一电路以利用上述装置测量液面的高度.‎ 为将问题简化,假设管内只有3个光敏电阻R1、R2、R3,分别位于管的上端、下端和中央,无光照时电阻均为R=10kΩ,被管内光源照亮时电阻均为R'=1.0kΩ.给定的仪器还有:直流电源E(电动势为9V,内阻不计),3个定值电阻(阻值分别为R4=2.5kΩ,R5=1.8kΩ,R6=1.5kΩ),电压表V(量程为0~3V,内阻可视为无穷大),开关S—个,导线若干.‎ 要求:当罐内装满液体时,电压表恰好为满量程.‎ ‎1.如图乙所示,此时电压表的示数为__________V.‎ ‎2. 选择合适的定值电阻,在如图丙所示方框内画出的电路图,并用题中给定的符号标明图中各元件.‎ ‎3.液面与出液口等高时电压表的示数为__________V.(结果保留两位有效数字) 4.若管内的光强变暗,使得三个光敏电阻被照亮时的阻值均变为1.2kΩ,则定值电阻的阻值应变为__________kΩ,便可达到题目要求.(结果保留两位有效数字)‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：1.较高; 2.30‎ 解析：1.由闭合电路欧姆定律E=Ｉ(R+R'+Rg),可见电流越小电阻越大,而热敏电阻阻值越大温度则越高,即电流刻度较小处对应的温t刻度应该较高, 2.若电阻箱阻值R'=70Ω时,代入E=Ｉg(R+R'+Rg)得热敏电阻的阻值为130Ω结合图甲可知此时对应的温度数值为30°C ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：(2)a;c;满偏; (3) (4)右;否 解析：(2)为了电路的安全,滑动变阻器在闭合开关前应调至a端,将单刀双掷开关S掷于c端,并调节滑动变阻器,使电流表达到满偏; (3)由闭合电路的欧姆定律可知,。 (4)由2中所求电流与温度的关系式可知,随温度的升高电流减小,故低温刻度在右侧,由表达式可以看出,刻度是不均匀的,越向右刻度越密集。‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：(1)a (2)左 (3)电源提供的电流太小,导致电磁铁的磁性太弱;弹簧的劲度系数太大,电磁铁的吸引力小于弹力 解析：(1)根据图甲可得,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,为了使温度过高时报警器响铃,则应选择电磁铁将衔铁吸下时电路接通,即c应该接在a处.‎ ‎(2)若使启动报警的温度提高些,则相当于减小临界状态时热敏电阻的阻值,为了仍等于刚好接通时的电流,应增大滑动变阻器接入电路的阻值,则应将滑动变阻器滑片P向左移动.‎ ‎(3)在最低报警温度时不能报警,说明此时电路中产生的电流不能使衔铁与a接触,这可能由多种原因造成,如:①电源提供的电流太小,导致磁铁的磁性太弱;②弹赞的劲度系数太大,电磁铁的吸引力小于弹力等.‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：1.如图所示 ‎2. 1538.5 3.并联 ‎ ‎4.偏小 增大 解析：1.如图所示。‎ ‎2.对待测重物受力分析,由平衡条件得,由题图乙得,,由闭合电路欧姆定律,,故,联立解得,代入数据得。‎ ‎3.将2mA的电流表的量程扩大至10mA,根据并联分流原理,电流表应该和定值电阻并联,由并联电路电压相等可知, ,解得,故选择。‎ ‎4.根据改装电流表的原理,内阻真实值比标称值大,并联的分流电阻也应比50Ω大,故改装的电流表的分流电阻分得的电流偏大,改装后电流表示数比真实值偏小,故应适当增大分流电阻的阻值。‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：(1)乙;因为乙电路电压可从0V调到所需电压,电压调节范围大 ‎(2)5.2;111.8‎ 解析：(1)应选择图乙,因为图乙电路电压可从0V调到所需电压,电压调节范围大。‎ ‎(2)由题图知与热敏电阻串联后与并联接在9V电源上,总电流,。设通过热敏电阻的电流为,通过的电流为,则,故 ‎。由图像查得34mA对应的电压为5.2V,两端电压,所以。‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：1. 2.①见审题破题图 ②10.0 ③1225‎ 解析：1.设放置质量为m的重物时弹簧的压缩量为x,则有,又 解得.‎ ‎2.①作出的图线如图所示.‎ ‎②选取、两点,则斜率为.‎ ‎③因,故,.‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：（1） （2）2．00  （3） ;  60‎ 解析：（1）因为滑动变阻器总电阻较小，远小于待测电阻，因此滑动变阻器应采用分压接法； 同时待测电阻较大，故应采用电流表内接法； 如答案图所示： （2）电压表的量程为3V，分度值为0．1V，要估读一位，则读数为2．00V； （3）根据欧姆定律可知： 无压力时阻值 则有：则由图可知，压力大小约为60N ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：1.1.40; 2.如图所示 ‎ 3.0.43; 4.1.8‎ 解析：1.电压表量程为0~3V,每一小格表示0.1V,可知示数为1.40V. 2.当罐内装满液体时,三个光敏电阻均受到光照射,电阻均为R'=1.0kΩ,可把三个光敏电阻串联后再与一个阻值为Rx的定值电阻串联,接在直流电源两端,把电压表接在定值电阻两端,则有,故Rx=1.5kΩ,电压表应与电阻R6并联构成电路,当罐内装满液体时,电压表恰好满量程. 3.当液面与出液口等高时,光源完全被遮光板遮住,此时三个光敏电阻的阻值均为10kΩ,则电压表的示数为. 4.若三个光敏电阻被照亮时的阻值均变为1.2kΩ,为使电压表满量程,则定值电阻阻值变为R'x,R'x满足,解得R'x=1.8kΩ。‎ ‎ ‎