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1、金版教程高考总复习·物理（新教材）实验十二利用传感器制作简单的自动控制装置1按图连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。2把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。3向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。4将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。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 123456温度()电阻()2在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线，如图所示。3根据实验数据和Rt图线，得出结论：热敏电阻
2、的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。1将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器等按如图所示电路连接好，其中多用电表置于“欧姆”挡。2先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据。3打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。4用手掌(或黑纸)遮光，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。1把记录的结果填入表中，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阻值/2根据实验数据得出结论：光敏电阻在被光照射时阻值发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。1温度计读数带来的误差：可以选用精度高的温度计并读数三次取平均值
3、。2欧姆表的读数带来的误差：可以对同一温度、同一光照强度下的电阻读数三次取平均值。1在做研究热敏电阻的特性实验时，加入水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温和电阻值。2研究光敏电阻的特性实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。3欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零。考点1热敏电阻的应用例1如图所示，图甲为热敏电阻的Rt图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 。当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电
4、池的电动势E6 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。(1)应该把恒温箱内的加热器接在_(选填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ，可变电阻R的值应调节为_ 。(3)为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻R的值应_(选填“增大”或“减小”)。尝试解答(1)A、B端 (2)100 (3)增大。(1)当温度较低时，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁脱离电磁铁，A、B部分接入电路，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应把恒温箱内的加热器接在A、B端。(2)当温度达到100 时，加热电路要断开，此时继电器的衔铁要被吸
5、合，即控制电路的电流要达到I20 mA，设继电器线圈的电阻为R0，根据闭合电路欧姆定律可得，I，代入数据解得R100 。(3)由以上分析可知，若使恒温箱内的温度保持在更高的数值，则I20 mA时R变小，R0不变，故可变电阻R的值应增大，从而实现目标。变式1(2021·八省联考湖北卷)由半导体材料制成的热敏电阻阻值是温度的函数。基于热敏电阻对温度敏感原理制作一个火灾报警系统，要求热敏电阻温度升高至50 时，系统开始自动报警。所用器材有：直流电源E(36 V，内阻不计)；电流表(量程250 mA，内阻约0.1 )；电压表(量程50 V，内阻约1 M)；热敏电阻RT；报警器(内阻很小，流过
6、的电流超过10 mA时就会报警，超过30 mA时就会损伤)；滑动变阻器R1(最大阻值4000 )；电阻箱R2(最大阻值9999.9 )；单刀单掷开关S1；单刀双掷开关S2；导线若干。(1)用图a所示电路测量热敏电阻RT的阻值。当温度为27 时，电压表读数为30.0 V，电流表读数为15.0 mA；当温度为50 时，调节R1，使电压表读数仍为30.0 V，电流表指针位置如图b所示。温度为50 时，热敏电阻的阻值为_。从实验原理上看，该方法测得的阻值比真实值略微_(填“偏大”或“偏小”)。如果热敏电阻阻值随温度升高而变大，则其为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。基于以上实验数据可知，该
7、热敏电阻RT为_(填“正”或“负”)温度系数热敏电阻。(2)某同学搭建一套基于该热敏电阻的火灾报警系统，实物图连线如图c所示，其中有一个器件的导线连接有误，该器件为_(填器件名称)。正确连接后，先使用电阻箱R2进行调试，其阻值设置为_，滑动变阻器R1阻值从最大逐渐减小，直至报警器开始报警，此时滑动变阻器R1连入电路的阻值为_。调试完毕后，再利用单刀双掷开关S2的选择性开关功能，把热敏电阻RT接入电路，可方便实现调试系统和工作系统的切换。答案(1)600偏大负(2)滑动变阻器R16003000解析(1)由图b可知，电流表的示数为50 mA，则此时热敏电阻的阻值为RT 600 ；该方法所测电流值为
8、真实电流值，所测电压值为热敏电阻和电流表两端的总电压，故根据R，可知此时所测电阻值偏大；在相同电压下，温度越高，通过的电流越大，说明该热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，故RT为负温度系数热敏电阻。(2)滑动变阻器R1的导线连接有误，两根导线都连接在上端，无法起到改变接入电阻阻值的作用，应一上一下连接；先使用电阻箱R2进行调试，其阻值设置为RT的自动报警电阻即600 ；要求刚好在50 时自动报警，则通过电路的电流为10 mA，报警器和电流表的电阻很小，可忽略不计，可得此时滑动变阻器连入电路的阻值为R1RT3000 。考点2光敏电阻的应用例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
9、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RP在不同照度下的阻值如下表： 照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/k754028232018(1)根据表中数据，请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图乙所示，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
10、)提供的器材如下：光敏电阻RP(符号 ，阻值见图表)；直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。尝试解答(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图1所示_光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)电路原理图见图2(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如尝试解答图1所示的曲线。光敏电阻阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。(2)当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 k，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应串联一个分压电阻，分压电
11、阻阻值为10 k，即选用R1；此电路的原理图见尝试解答图2。变式2某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。(1)光强(E)是表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)。如图a所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是：_。(2)如图b为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将_(填“A、B”或“C、D”)接照明电路。(3)请在图c中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。(4)已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R020.0 ，电流超过50 mA时可吸合衔铁。
12、如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图c中定值电阻R_ 。答案(1)随光照强度的增加，光敏电阻的阻值减小得越来越慢(2)C、D(3)图见解析(4)21.5解析(1)从图a可知，光敏电阻的阻值随光照强度变化的规律是：随光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速减小，进一步增大光照强度，光敏电阻的阻值减小得越来越慢。(2)由电路原理可知，电磁铁线圈连接的是控制电路，S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。(3)将光敏电阻和定值电阻接入控制电路，用电器接入工作电路，连接电路如图所示：(4)当外界光照强度达到2 cd时，由图a可知，光敏电阻的阻值R118.5 ，照明电路恰好接通开始工作
13、，电磁铁能吸合衔铁的电流I0.05 A，由I得，控制电路总电阻：R总60 ，根据串联电路电阻规律可知，定值电阻的阻值为：RR总R0R160 20.0 18.5 21.5 。考点3其他传感器的应用例3(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 ，电阻R随压力变化的数值关系为R300.02F(F和R的单位分别是N和)。下列说法正确的是()A该秤能测量的最大体重是1400 NB该秤能测
14、量的最大体重是1300 NC该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处D该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处尝试解答选AC。当电路中电流I3 A时，电子秤测量的体重最大，由闭合电路欧姆定律有I，解得此时Rr2 ，代入R300.02F可得该秤能测量的最大体重是F1400 N，故A正确，B错误；踏板空载时F0，代入R300.02F得到此时电阻R30 ，由闭合电路欧姆定律得I0.375 A，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处，故C正确，D错误。变式3(多选)指纹识别传感器在日常生活中应用十分广
15、泛，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同。此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后电容器放电，电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。根据文中信息，下列说法正确的是()A在峪处形成的电容器电容较小B充电后在嵴处形成的电容器的电荷量大C在峪处形成的电容器放电较慢D湿的手指头对指纹识别绝对没有影响答案AB解析根据平行板电容器的电容决定式C可知，极板与
16、指纹峪处(凹下部分)距离d较大，形成的电容器电容较小，放电较快，故A正确，C错误；由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据QCU可知，在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，故B正确；湿的手指头与传感器之间有水填充，改变了原来平行板电容器的电容，所以会影响指纹识别，故D错误。1(2016·北京高考)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力_(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更_(选填“敏感”或“不敏感”)。答
17、案增强敏感解析由题图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化明显，故对温度更敏感。2.(2019·全国卷)某小组利用图a所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中和为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻(阻值100 )；S为开关，E为电源。实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计(图中未画出)测出。图b是该小组在恒定电流为50.0 A时得到的某硅二极管Ut关系曲线。回答下列问题：(1)实验中，为保证流过二极管的电流为50.0 A，应调节滑动变阻器R，使电压表的示
18、数为U1_ mV；根据图b可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻_(填“变大”或“变小”)，电压表示数_(填“增大”或“减小”)，此时应将R的滑片向_(填“A”或“B”)端移动，以使示数仍为U1。(2)由图b可以看出U与t成线性关系。硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为_×103 V/(保留2位有效数字)。答案(1)5.00变小增大B(2)2.8解析(1)、是理想电压表，则R0与硅二极管串联，电流相等，R0两端电压U1IR050.0×106×100 V5.00×103 V5.00 mV。由Ut图象知，当控温炉内温度t
19、升高时，U变小，又I50.0 A不变，故硅二极管正向电阻变小；当控温炉内温度升高时，硅二极管电阻变小，反过来影响电路中电流，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大，示数增大；要保持示数不变，需增大滑动变阻器的阻值，即将滑片向B端移动。(2)由Ut图象的斜率可知： V/2.8×103 V/。3(2018·全国卷)某实验小组利用如图a所示的电路探究在25 80 范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25 时的阻值)为900.0 ；电源E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程150 mV)；定值电阻R0(阻值20.0
20、 )，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 )；电阻箱R2(阻值范围0999.9 )；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。实验时，先按图a连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 。实验得到的R2t数据见下表。 t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270
21、.0240.0回答下列问题：(1)在闭合S1前，图a中R1的滑片应移动到_(填“a”或“b”)端；(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2t曲线；(3)由图b可得到RT在25 80 范围内的温度特性。当t44.0 时，可得RT_ ；(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图c所示，该读数为_ ，则手心温度为_ 。答案(1)b(2)图见解析(3)450(4)620.033.0解析(1)图a的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图a中的R1的滑片应移到b端。(2)将t60 和t70 对应的两组数据对应画在坐标
22、图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2t图象，如图所示。(3)根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于热敏电阻RT对应温度的电阻值。由画出的R2t图象可知，当t44.0 时，对应的RT450 。(4)由画出的R2t图象可知，RT620.0 ，则手心温度t33.0 。4(2016·全国卷)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 )，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1000 )，滑动变阻器R2(最大阻
23、值为2000 )，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 。(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：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_；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_。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
24、的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。答案(1)连线如图所示(2)R2(3)650.0b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c报警器开始报警解析(1)见答案。(2)由R 1800 可知，滑动变阻器应选R2。(3)电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 时的阻值，即650.0 。滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因过载而损坏报警器。应将开关向c端闭合，然后对系统进行调节。5(2017·江苏高考)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端
25、，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 ，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干。为使该装置实现对30 80 之间任一温度的控制，电源E应选用_(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用_(选填“R1”或“R2”)。(
26、2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至_(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_。(填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 答案(1)E
27、2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)解析(1)若实现对30 温度的控制继电器和Rt的电压U0.015×(20199.5) V3.29 V因此符合要求的电源应选E2。若实现对80 温度的控制对全电路有EI(R继RtR)即6 V0.015 A×(20 49.1 R)解得R330.9 。因此滑动变阻器应选R2。(2)用多用电表测量直流电压时，选择开关应旋至C(直流电压挡)。(3)a、b间电压为0，指针不偏转。接入a、c时，多用电表与电源等构成回路，指针偏转。(4)连接电路时，先用电阻箱代替热敏电阻，调节滑动变阻器阻值，衔铁被吸合时，调节完毕，移除电阻箱换为热敏电阻即可，正确的顺序
28、为。6(2021·辽宁省高三上高考模拟)气敏电阻在安全领域有着广泛的应用。有一个对甲醛气体非常敏感的气敏电阻Rq，正常情况下阻值为几百欧，当甲醛浓度升高时，其阻值可以增大到几千欧。为了研究其阻值随甲醛浓度变化的规律，供选用的器材如下：A电源E0(电动势6 V，内阻不计)；B滑动变阻器R；C导线若干及开关S；D电压表V(量程3 V，内阻1 k)；E毫安表mA(量程50 mA，内阻100.0 )。(1)探究小组设计了如图a所示实验电路，其中毫安表用来测定_，量程为_。(2)将气敏电阻置于密封小盒内，通过注入甲醛改变盒内甲醛浓度，记录不同甲醛浓度下电表示数，计算出气敏电阻对应阻值，得到如图
29、b所示阻值随甲醛浓度变化的图像(Rq图像)。当气敏电阻阻值为Rq2.3 k时，盒内甲醛浓度为_。(3)已知国家室内甲醛浓度标准是0.1 mg/m3。探究小组利用该气敏电阻设计了如图c所示的简单测试电路，用来测定室内甲醛是否超标，电源电动势为E5.0 V(内阻不计)，电路中D1、D2分别为红、绿发光二极管，红色发光二极管D1的启动(导通)电压为2.0 V，即发光二极管两端电压U012.0 V时点亮，绿色发光二极管D2的启动电压为3.0 V，发光二极管启动时对电路电阻的影响不计。实验要求当室内甲醛浓度正常时绿灯亮，超标时红灯亮，则两电阻R1、R2中为定值电阻的是_，其阻值为_。答案(1
30、)电压5 V(2)6×108 kg/m3(或0.06 mg/m3)(3)R23.9解析(1)毫安表与气敏电阻并联，因此用来测定电压，其量程为U0IgRg50×103×100.0 V5 V。(2)由图b可读出，当气敏电阻阻值为Rq2.3 k时，甲醛浓度为6×108 kg/m3(或0.06 mg/m3)。(3)R1、R2串联分压，当甲醛浓度升高，气敏电阻的阻值Rq增大时，红色发光二极管D1两端电压应升高，所以R1为气敏电阻，R2为定值电阻，且为红色发光二极管D1处于点亮的临界状态，由图b可知1×107 kg/m3时，Rq2.6 k，故R2Rq3.9 k。