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1、高考实验12传感器的简单使用重温教材扫清盲点重温教材扫清盲点实验基础源集、一、基本实验要求1.实验目的(1)了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性.(2)学会传感器的简单使用.2 .实验原理(1)传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学 量).(2)其工作过程如以下图所示.非电学量 A3 .实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、 继电器、滑动变阻器、开关、导线等.4 .实验过程(1)研究热敏电阻的热敏特性将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示).多用电表欧姆挡 -分轩匆川开 水来改变水温
2、甲准备好记录电阻与温度关系的表格.(如下表)次数待测123456温度()电阻(C)改变水的温度，屡次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数 据画在图中，得图线如图乙所示.研究光敏电阻的光敏特性将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如下图电路连接好，其中多用电解析：当没有物品挡光时，设电容器两端电压为U1,此时电子在屏上的偏转71 = 0.02 m.vy eULvq- mdvi电子在平行板间运动时，加速度Q=G7，Li=OoA 侧移量山=%6,解得山=浦 电子射出平行板后做匀速直线运动，vy=ah, tan 0=所以yi=ji+L2tan仇 解得Ui=4.5 V同理可得，当有
3、物品挡光时，电容器两端电压S=2.25 VEE在闭合电路中，Ui=R+7+产3, 口2=7+g+产3,解得=10V, r=5O.答案：10 V 5。实一验创惭|考演实验改进 拓展创新-1电源电阻箱,报警器n_实验原理的创新热敏电阻1 .利用热敏电阻来控制电路，使之成为温度报警系统，在设置报警温度时,借助于电阻箱进行电阻设置，使之到达报警的温度.2 .可以设计成可调温度的报警器.实验器材的创新电阻箱滑动变阻器（010。）L把传感器与闭合电路问题结合.2 .用替代法测量不同温度下金属的电阻，比伏安法更准确.3 .描绘K”的特性曲线，并由曲线推导K”的关系式.典例如下图装置可以用来测量硬弹簧（即劲度
4、系数较大的弹簧）的劲度系数化.电 源的电动势为及 内阻可忽略不计；滑动变阻器全长为L重力加速度为g.。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点，此时电压表示数为零.在木板上放置质量为根的重物，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板木（1）写出m、U与左之间所满足的关系式.(2)=L50V, L=12.0 cm, g取9.80 m/s?.测量结果如下表:在以下图中给出的坐标纸上利用表中数据描出力U直线.m/kg1.001.503.004.506.007.501/V0.1080.1540.2900.4460.6080.74
5、0zn/kg00.20 0.40 0.60 0.801.00 UN0U直线的斜率为 kg/V（结果保存三位有效数字）.弹簧的劲度系数k=N/m（结果保存三位有效数字）.解析：（1）设放置质量为机的物体时弹簧的压缩量为X,那么有mg=kx又U=yEJL/Ik解得m=U.力g（2）用描点法作图，作出的图象如下图.选取(0, 0)、(0.90, 9)两点,那么斜率为第=0；（）二（）kg/V = 10.0 kg/VLkrr Lk m 因机=反,故蜃=而Am Eg.左=而,= 1XF N/m-L23X103N/m.答案：（1）尸扇U见解析图（2）10.0 1.23 X103个多维冲关1.材料的电阻随压
6、力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量 压力大小.假设图甲为某压敏电阻在室温下的电阻一压力特性曲线，其中尺八&分别表示有、 无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力凡 需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值Rf.请 按要求完成以下实验.压敏电阻设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实 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0.4X102osxnp n,不考 虑压力对电路其他局部的影响），要求误差较小，提供的器材如下：A.压敏电阻，无压力时阻值Ro=6OOOQB.滑动变阻器q 全电阻阻值约200。C.电流表A,量程2.5mA,内阻约3
7、0 0D.电压表V,量程3V,内阻约3 k。E.直流电源E,电动势3V,内阻很小F.开关S,导线假设干（2）正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33 mA,电压 表的示数如图丙所示，那么电压表的读数为 V.（3）此时压敏电阻的阻值为 O；结合图甲可知待测压力的大小F =N-（计算结果均保存两位有效数字）解析：（1）根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，原 理图如下图.口 R根据电压表读数规那么,电压表读数为2.00 V.（3）由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为氏尸=与一AaQL5X103。，供=4,由题图甲可 1Kp知，对应的待测压力b=60
8、N.答案：见解析图（2）2.00L5X1伊602.传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元 件，在自动控制中有着相当广泛的应用.厂一赢;压什讦； ； 压力传感器R J,. 1-11有一种测量人的体重的电子秤，其测量局部的原理图如图中的虚线框所示，它主要由 压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）和显示体重大小的仪表 （实 质是理想电流表）组成.压力传感器外表能承受的最大压强为1X107 Pa,且压力传感器 R的电阻与所受压力的关系如表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后， 压力传感器两端的电压恒为4.8 V,取g=10 m2.请作答
9、：压力F/N02505007501 0001 2501 500 电阻R/。300270240210180150120 该秤零点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘A处.如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA,这个人的质量是解析：（1）由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻K=300 0,此时0中电流/=考K_4.8=300A = 1.6X10-2A.当电流，=20mA = 2Xl（T2A时，压力传感器的电阻肥邛=不先50=2400,I L A 1U由表格可知，这个人受到的重力为500 N,此人质量为50 kg.答案：（D1.6X10-2 503 .某些固体材料受到外力后
10、除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的 作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.现用如下图的电路研究某长薄 板电阻尺的压阻效应，&的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有以下器材：A.电源（电动势3 V,内阻约为1。）8 .电流表Ai（00.6A,内阻力 = 5。）C.电流表A2（00.6A,内阻D.开关S,定值电阻&=5。为了比拟准确地测量电阻尺的阻值，请完成虚线框内电路图的设计.（2）在电阻尺上加一个竖直向下的力设竖直向下为正方向），闭合开关S,记下电表 读数，A1的读数为八，A2的读数为12,得Rx =.（用字母表示）（3）改变力的大小，得到不同的尺值，然后让力反向
11、从下向上挤压电阻，并改变力的大 小，得到不同的尺值.最后绘成的图象如下图，除观察到电阻尺的阻值随压力户的增 大而均匀减小外，还可以得到的结论是当F竖直向下时，可得反与所受压力F的数值关系是Rx=-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 f/N解析：（1）利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻的电流 表Ai代替，另一个电流表A2测量电流.电路图如下图.电阻尺两端电压为兄=/1打，流经的电流为人=，2 电阻&=曰 i2-h（3）由题图可知，图象是一次函数图线，即Rx=kF+b,卜=嚏=一白=一2, 6=17, lr 4.0那么有RX=17-2F;由题图可知，由于图线对
12、称，不管力F方向向上或向下如何增加，Rx 均线性减小.答案：（1）见解析图（2）宙（3）压力反向,阻值不变17-2F表置于“X100”挡.It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.翻开电源，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 阻阻值的变化情况，并记录.用手掌（或黑纸）遮光时电阻值又是多少？并记录.把记录的结果填入下表中，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阻值（。）结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大.二、规律方法总结i.误差分析本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数.2.考前须知（1）在做热
13、敏实验时，加开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.（2）光敏实验中，如果效果不明显，可将光敏电阻局部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.（3）欧姆表每次换挡后都要重新电阻调零.考点透析 题组冲关实险I基-础I考卷考法一热敏电阻特性及应用（2018全国卷I）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（6V,内阻可忽略）；电压表0 （量程150 mV）； 定值电阻岛（阻值20.0 O）,滑动
14、变阻器&（最大阻值为1 000 O）;电阻箱及（阻值范围0999.9。）；单刀开关Si,单刀双掷开关S2.图(a)实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度1升至800。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Uo；保持R的滑片位置不变，将出 置于最大值，将S2与2端接通，调节尺2,使电压表读数仍为Uo；断开S1，记下此时&的 读数.逐步降低温控室的温度右得到相应温度下&的阻值，直至温度降到25.0 .实验得 到的m 7数据见下表.t/25.030.040.050.060.070.080.0Rg900.0680.0500.0390.0320.0270.024
15、0.0回答以下问题:在闭合Si前，图(a)中Ri的滑片应移动到(填7”或“肥)端;图并做出&T曲线;图在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,由图(b)可得到Rt在25 80 范围内的温度特性.当=44.0 时，可得刈=Q;(4)将心握于手心，手心温度下&的相应读数如图所示，该读数为 那么手心温度为.解析：(1)在闭合开关前，为了保护电路，滑动变阻器R的滑片应处在阻值最大位置， 故应在方端.(2)将1=60 C和=70 C对应的两组数据点画在坐标纸上，然后用平滑曲线过尽可能 多的数据点画出氏24图象.120.0 40.0 60.0 80.0 lOO.Of/T(3)由及曲线可知，当=44 C
16、时，Rt=450C.(4)图(c)电阻箱读数为(6X100+2X10+0X1+0X0.1) 0=620.0 C;根据曲线可知,当电阻为620.0 O时，温度为33.0 .答案：)(2)见解析图(3)450 (4)620.0 33.0 个题组冲关1.如下图，一热敏电阻Rt放在控温容器M内；为毫安表，量程为6 mA,内阻 为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V,内阻很小；K为电阻箱，最大阻值为999.9Q； S为开关.Rr在95 时的阻值为150 0,在20 时的阻值约为550 d现要求在降温 过程中测量在2095 之间的多个温度下Rt的阻值.-S E(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图.
17、(2)完成以下实验步骤中的填空：a.依照实验原理电路图连线.b.调节控温容器M内的温度，使得刈的温度为95 .c.将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全.d.闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数/o,并记录.e.将Rr的温度降为Ti(20 Ti95 );调节电阻箱，使得电流表的读数记录.f.温度为Ti时热敏电阻的电阻值Rn=.g.逐步降低Ti的数值，直到20 c为止；在每一温度下重复步骤e、f.IJ解析：(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电 阻串联，电路图如下图.(2)本实验原理是电路对应不同状态时，通过调节电阻箱，使电路中的电流相等，外电 路的总电阻相等
18、.Rt的温度为95 C和降为。时对应的电路的电阻相等，有150 Q+Ro= Rti+修，即 Rti = o-& + 15OQ.答案：(1)见解析图(2)d.电阻箱的读数Ro e.仍为/o电阻箱的读数& fRo-Ri + 150 02 .利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反响快，而且精确度高.如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素（选填“大”或“小”）.（选填“大”或“小”）.不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变（2）上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热 敏电
19、阻附近的温度.如果刻度盘正中的温度为20 （如图甲所示），那么25 的刻度应在 20 的刻度的（3）为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材（可增 加元器件）设计一个电路.（请在图乙中作图）解析：（1）因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流变小.（2）由（1）的分析知，温度越高，电流越大，25 C的刻度应对应较大电流，故在20 的 刻度的右侧.如下图.配有温度刻度-热敏电阻/ 品答案：小右（3）见解析图3 .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到达或超过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
20、过人时就会报 警），电阻箱（最大阻值为999.9 0）,直流电源（输出电压为U,内阻不计），滑动变阻器&（最 大阻值为1 000 O）,滑动变阻器&（最大阻值为2 000 0）,单刀双掷开关一个，导线假设干.在室温下对系统进行调节.U约为18 V,人约为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.滑动变阻器电路中应选用滑动变阻器电路中应选用滑动变阻器c7s热敏电阻（选填或“心”）.按照以下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
21、滑动变阻器的滑片应置于（选填“ ”或，切”）端附近，不能置于另一端的原因 是.将开关向（选填或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. 解析：（1）电路图连接如图._!电源L_n电阻奥开IQ中热敏电阻（2）报警器开始报警时，对整个回路有U=/c（K滑+K热），代入数据可得K滑=1 150.0。, 因此滑动变阻器应选择Ri.（3）在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器 报警时热敏电阻的阻值，即为650.0滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于力端附Q近，假设置于另一端。时，闭合开关
22、，那么电路中的电流/=后市A27.7mA,超过报警器最 63U.U大电流20 mA,报警器可能损坏.开关应先向。端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止.答案：（1）连线见解析图（2）及（3）650.0 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 c报警器开始报警考法二光敏电阻的特性及应用为了节能和环保，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1X）.某光敏电阻Rg在不同照度下的阻值如下表：照度（1X）0.20.40.60.81.01.2电
23、阻（kO）754028232018（1）根据表中数据，请在图甲给定所示的坐标系中描绘出光敏电阻值随照度变化的曲线, 并说明阻值随照度变化的特点.甲乙（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 利用以下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. Olx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Kg（符号上a，阻值见上表）；直流电源E（电动势3 V,内阻不计）；定值电阻：/ei = 10 kU, &=20k。，K3=40kC（限选其中之一并在图中标出）；开关S 及导线
24、假设干.解析：（1）根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如下图的变化曲线.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.因天色渐暗照度降低至LOlx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kfl,两端电压为2V,电源电动势为3 V,故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10k。，即选用Ri；此电路的原理图如下图.答案：（1）光敏电阻的阻值随光的照度变化的曲线见解析图光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小电路原理图见解析图 令题组冲关1 .为了研究光敏电阻（阻值随光照的增强而减小）在室内正常光照射和室外强光照射时 电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种U
25、U图线，如图乙所示.甲乙(1)根据UI图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为 O,强光照射时电阻为Q.(2)假设实验中所用电压表的内阻约为5 kQ,毫安表的内阻约为100 O,考虑到电表内阻 对实验结果的影响，此实验中(选填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电 阻误差较大.假设测量这种光照下的电阻，那么需将实物图中毫安表的连接方式采用(选 填“内接”或“外接”)法进行实验，实验结果较为准确.解析：(1)光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，结合图乙知正常光照射时朋=*=0.8设3A=3 00。，强光照射时以 =强光照射时以 =U2 0.8 Vh 4.0X103 a=200(2)实验电路采用的是
26、毫安表内接法，测得的结果比真实值偏大，当待测电阻远大于毫 安表电阻时实验误差较小，所以强光照射时误差较大；强光照射时采用毫安表外接法实验 结果较为准确.答案：(1)3 000 200 (2)强光照射时外接2 .电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rg和定值电阻 R接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：光强E/cd12345电阻值/Q18963.6“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为E,单位坎德拉(cd)(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rg的大小为 d(2)其原理是光照增强，光敏电阻Kg阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明 度下降，反
27、之那么玻璃透明度上升.假设电源电压不变，岛是定值电阻，那么以下电路图中符合 要求的是(填序号).ABCD解析：(1)由表格数据可知，光敏电阻Rg与光强E的乘积均为L8Qcd不变，那么当E ,，一18 ft cd=4 cd时，光敏电阻的阻值：Rg=屋7-=45。.(2)由题意可知，光敏电阻Kg与定值电阻R)串联连接，光照增强时，光敏电阻心阻值 减小，电路中的总电阻减小，由/=?可知，电路中的电流增大，由=？可知，Ro两端的 K电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Kg两端的电压减小，反之，光照 减弱时，光敏电阻Kg阻值增大，Ro两端的电压减小，Kg两端的电压增大，那么玻璃并联在 Ho
28、两端时不符合，玻璃并联在Kg两端时符合，故A项错误，C项正确；假设玻璃与电源并 联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D项错误.答案：(1)4.5 (2)C3. (2020湖北荆州质量检测)如图甲为利用光敏电阻检测传送带上物品分布，从而了解 生产线运行是否正常的仪器.其中A是发光仪器，B是一端留有小孔用绝缘材料封装的光 敏电阻.当传送带上没有物品挡住由A射向8的光信号时，光敏电阻阻值品=50。，当传 送带上有物品挡住由A射向8的光信号时，光敏电阻阻值m=150。.定值电阻&=45 S1.C 为平行板电容器，虚线与两极板距离相等，极板长M=8.0 X IO m,两极板的间距d= 1.0X10-2 m. D为屏,与极板垂直，。到极板的距离L2=0.16 m,屏上贴有用特殊材料做 成的记录纸，当电子打在记录纸上时会留下黑点，工作时屏沿图示方向匀速运动.有一细 电子束沿图中虚线以速度如=8.0X106 m/s连续不断地射入电容器C,虚线与屏交点为O. 图乙为一段记录纸.电子电荷量e=l.6Xl()i9c,电子质量机=9X10-31kg.忽略细电 子束的宽度、电容器的充电放电时间及电子所受的重力.求：电源的电动势和内阻，.