【文档说明】(新课标版)高考物理一轮复习课件11.3实验：传感器的简单应用 (含解析).ppt，共(61)页，2.113 MB，由MTyang资料小铺上传

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11．3实验：传感器的简单使用知识清单考点整合集中记忆一、实验目的了解常见传感器元件的作用．探究热敏电阻、光敏电阻的特性．二、实验原理传感器将感受到的非电学量(力、热、光、声等)，转换成便于测量的电学量．三、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．四、实验过程研究热敏电阻的特性(1)按如图所示连接好实物．(2)将热水分几次注入烧杯中，测量每次水的温度和热敏电阻的阻值．(3)总结：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．研究光敏电阻的特性(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图连

接，多用电表置于“×100”挡．(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值．(3)打开电源，让小灯泡发光，调节灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察光敏电阻的变化情况．(4)用黑纸遮光时，观察光敏电阻的变化情况．(5)总结：光照增强光敏

电阻变小，光照减弱光敏电阻变大．考点讲练考点突破针对训练考点一热敏电阻的特性与应用1．热敏电阻的特性：热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随温度降低而增大．2．热敏电阻的作用：将温度这个热学量转换为电阻这个电学量．如图甲所示

是某同学探究热敏电阻的阻值随温度变化的规律时设计的电路图．(1)根据电路图，在图乙的实物上连线．(2)通过实验，他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图所示，由图可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而________．(3)他将这个热敏电阻接入如图所示的电路中，已知电源电压为9V，R1＝30Ω，内阻不

计的电流表读数为0.5A，则R2的阻值为________．【答案】(1)连接实物图如图所示(2)减小(3)25Ω【解析】(2)由热敏电阻伏安特性曲线可知：随电流、电压的增大，电功率增大，温度升高，曲线上的点与原点连线的斜率也

增大，因此热敏电阻的阻值减小．(3)电流表内阻不计，则通过R1的电流I1＝ER1＝930A＝0.3A.通过R2和R的电流为I2＝IA－I1＝0.5A－0.3A＝0.2A，由R的伏安特性曲线可以读出，当I2＝0.2A时，R两端的电压为U＝4V，则R2

两端的电压U2＝E－U＝5V，所以R2＝U2I2＝50.2Ω＝25Ω.(2017·江苏)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，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约为20Ω，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/Ω199.5145.410

8.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干．为使该装置实现对3

0～80℃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”)．(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，下列操作步骤正确顺序是________．(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻

箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω【答案】(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①【解析】(1)由表格数据知，当温度为30℃时，热敏电阻阻值为199.5Ω，继电器的阻值R0＝20Ω，当电流

为15mA时，E＝I(Rt＋R0)＝3.3V，所以电源选E2，80℃时，热敏电阻阻值Rt＝49.1Ω，则E2＝I(Rt＋R0＋R)，此时变阻器阻值R＝330.9Ω，所以变阻器选择R2；(2)多用电表做电压表测量电压，旋钮旋至直流电压挡C处；(3)若只有b、c间断路，表笔接入a、b时，整个回

路断路，电表指针不偏转，接入a、c时电流流经电表，故指针偏转；(4)50℃时，热敏电阻阻值为108.1Ω，所以应将电阻箱阻值调至108.1Ω，调节变阻器，使衔铁吸合，再将电阻箱换成热敏电阻，故顺序为⑤④②③

①.(2016·课标全国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999.9Ω)，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1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，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18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA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650.0Ω.(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．【答案】(1)连线如解析图(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警【解析】(1)电路如图所示．(2)在室温下对系统进行调节，已知U约为

18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围是1820×10－3Ω＝900Ω≤R≤1810×10－3Ω＝1800Ω.报警器的电阻是650.0Ω，所以滑动变阻器阻值的取值范围在250Ω到115

0Ω之间，所以滑动变阻器应该选R2.(3)电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻，阻值应为650.0Ω，滑动变阻器刚开始应置于b端，若置于另一端，接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏；实验调试时，将开关置于c端，缓慢调

节滑动变阻器，直至报警器开始报警．考点二光敏电阻的特性与应用1．光敏电阻的特性：光照增强光敏电阻变小，光照减弱光敏电阻变大．2．光敏电阻的作用：将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．(2018·河南模

拟)某光敏电阻阻值随光强变化的关系如下表所示：“光强(E)”表示光强弱程度的物理量，单位为坎德拉(cd)]光强E/cd123456光敏电阻R/Ω36181297.26小明为此设计了一个路灯自动控制电路如图1所示，光敏电阻R、电阻箱R1和继电器组成了一个简单光控电路

，继电器线圈的电阻为r＝200Ω.当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝8V，内阻可以不计，图中的“电源”接入照明电路(1)为了达到日出灯熄，日落灯亮的效果，应该把路灯接________端(选填“AB”或“CD”)

．(2)如果要使外界光强达到3cd时路灯自动熄灭，电阻箱R1接入电路的电阻值应为________Ω.(3)电路连接好后，小明用手挡住光敏电阻，发现电路不工作．为排查电路故障，他用多用电表测量各接点间的电压，则应将

图2所示的选择开关旋至________(选填“A”、“B”、“C”或“D”)处．小明测得光敏电阻R两端的电压为0，电阻箱R1两端的电压为8V．由此可知，该电路的故障为________．(4)小明排除故障后，电路能顺利

工作了．只是发现路灯亮的有点早，为此，他应该将电阻箱R1的阻值适当调________(选填“大”或“小”)一点．【答案】(1)AB(2)188(3)C(4)电阻箱R1断路(5)小【解析】(1)当光线变暗，光强变小时，光

敏电阻阻值变大，控制电路的电流会减小，电磁继电器对衔铁的吸引力变小，在弹簧的拉力作用下，衔铁将向上运动，与上面触点接触，要让路灯工作，应该将路灯接在AB端；(2)当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸

合．由闭合电路欧姆定律得：R1＝EI－r－R，由表格可知，当光强达到3cd时光敏电阻R的阻值为12Ω，将E＝8V，I＝20mA，r＝200Ω代入得，R1＝188Ω；(3)由于控制电路用的是8V的直流电源，所以多用电表应选用10V直流电

压挡，即将选择开关旋至C；电阻箱R1两端的电压为电源的电压8V，说明其接线或内部某处断路；(4)为了使路灯稍晚点才亮，即光敏电阻阻值变得大点，而继电器的工作电流还是20mA不变，所以应将电阻箱接入电路的阻值调小点．一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ，当供电电压等于24V时能正常工

作，否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100Ω、黑暗时为1000Ω、允许通过的最大电流为3mA；电源E的电压为36V、内阻不计；

另有一个滑动变阻器R2，阻值为0Ω～100Ω、允许通过的最大电流为0.4A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如上图所示，设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号．【解析】滑动变阻器阻值远小

于P的电阻，为了能控制臭氧发生器，应该使用滑动变阻器的分压式连接，有光照时P能正常工作，无光照时P不工作．电路如下：考点三传感器实验拓展除了热敏电阻和光敏电阻外，还有一些常用的传感器元件如下：1．压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻)

．2．气敏电阻：将气体浓度转换电学量(电阻)．3．光电管：将所收到的光信号转换成电信号．4．电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容)．5．霍尔元件：将磁感应强度转换为电学量(电压)．6．弹簧：将弹力、加速度转换为电学

量(电流)．(多选)霍尔传感器测量转速的原理图如图所示，传感器固定在圆盘附近，圆盘上固定4个小磁体．在a、b间输入方向由a到b的恒定电流，圆盘转动时，每当磁体经过霍尔元件，传感器c、d端输出一个脉冲电压，检测单位时间内的脉冲数可得到圆盘的转速．关于该测速传感器，下列说

法中正确的有()A．在图示位置时刻d点电势高于c点电势B．圆盘转动越快，输出脉动电压峰值越高C．c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转速的4倍D．增加小磁体个数，传感器转速测量更准确【答案】CD【解析】A项，霍尔元件有电子或空穴导电，根据左手定

则，载流子向上表面偏转，即c点，所以c点电势不一定高于d点，故A项错误；B项，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽厚分别为a、b、c，有qUb＝qvB，所以U＝Bbv，输出脉动电压峰与圆盘

转动快慢无关．故B项错误；C项，当小磁体靠近霍尔元件时，就是会产生一个脉冲电压，因此c、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转动频率的4倍，即为转速的4倍，故C项正确；D项，当增加小磁体个数，传感器c、d端输出一个脉冲电压频率变高，那么传感器转速测量更准确，故D项正确．图1是某同学设计

的电容式位移传感器原理图，其中右板为固定极板，左板为可动极板，待测物体固定在可动极板上．若两极板所带电量Q恒定，极板两端电压U将随待测物体的左右移动而变化，若U随时间t的变化关系为U＝at＋b(a、b为大于零的常数)，其图像如图2(a)所

示，那么图2(b)(c)中反映极板间场强大小E和物体位移随t变化的图线是(设t＝0时物体位移为零)()A．①和③B．①和④C．②和③D．②和④【答案】B【解析】电场强度E＝Ud＝QCd＝4πkQεs，因为Q不变，d变化，但是电场强度E不变．因为U＝QC＝4πkdQεs＝at

＋b，因为Q、s是定量，知d随时间成线性变化．故①④正确．图1是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料．当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来(如图2所示)．(1)若

图2中示波器显示屏横向的每大格(5小格)对应的时间为5.00×10－2s，则圆盘的转速为________转/s.(保留3位有效数字)(2)若测得圆盘直径为10.20cm，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为________cm.(

保留3位有效数字)【答案】(1)4.55(2)1.46【解析】(1)由题图2可知圆盘转动的周期为T＝22.00×10－2s，所以转速为n＝4.55转/s；(2)圆盘半径为r＝5.10cm，其边缘线速度为v

＝ωr，ω＝2πn，反光涂层长度为s＝vΔt＝1.46cm.(2018·福建模拟)某同学要把电压表改装成可直接测量压力的仪表，设计的电路如图a所示．实验器材如下：待改装电压表(量程0～3V，可视为理想电压表)，定值电阻R0，压敏电阻Rx，电源(4V，内阻不计)，开关S，导线．选

用的压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律如图b.(1)实验中随着压力F的增大，电压表的示数________．(填“变大”“不变”或“变小”)(2)为使改装后仪表的量程为0～160N，且压力160N对应电压表3V

刻度，则定值电阻阻值R0＝________Ω，压力0N对应电压表________V刻度．(3)他发现这样改装后的仪表压力刻度分布不均匀，想进一步把(2)中的压力刻度改成均匀分布，应选用另一压敏电阻，其阻值

Rx随压力F变化的关系式为________．【答案】(1)变大(2)240(3)Rx＝102400F＋160－240【解析】(1)根据闭合电路欧姆定律可知，电压表的示数为：U＝R0R0＋RxE，由图(b)可知，压力越大Rx越小，U越大，故电压表的示数变大．(2)由图(b)可知，当F

1＝160N时，Rx1＝80Ω，此时电压表的示数U1＝3V，由U1＝R0R0＋Rx1E，得：R0＝U1E－U1Rx1＝3×804－3＝240Ω；由图(b)可知，当F2＝0N时，Rx2＝400Ω，此时电压表的示数为：U2＝R0R0＋Rx2E＝4×240240＋400V＝1.5V，可见压力

0N对应电压表1.5V刻度；(3)若选用图(b)的压敏电阻，则Rx与压力F的关系式为Rx＝400－2F，代入U＝R0R0＋RxE，可得U与F的关系式为U＝960640－2F，这样改装后的仪表压力刻度分布是不均匀的．为了使压力刻度分布均匀，应另选用压敏电阻，且仍要满足量程为0～160N，

F＝0N标在1.5V刻度，F＝160N标在3V刻度．由于电压表的电压刻度是均匀分布的，所以电压和压力一定要满足线性关系，设U＝kF＋b，由F1＝0N时、U1＝1.5V，F2＝160N时、U2＝3V，可得b＝1.5，k＝3320，又U＝R0R0＋RxE＝960

240＋Rx，解得：Rx＝102400F＋160－240.如图所示装置可以用来测量硬弹簧(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.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m、U与k之间所满足的关系式．(2)已知E＝1.50V，L＝12.0cm，g＝9.80m/s2.

测量结果如下表：m(kg)1.001.503.004.506.007.50U(V)0.1080.1540.2900.4460.6080.740①在下图中给出的坐标纸上利用表中数据描出m-U直线．②m－U直线的斜率为________kg/V；③弹簧

的劲度系数k＝________N/m(结果均保留三位有效数字)．【答案】(1)m＝LkEgU(2)①见解析图②10.0③1.23×103【解析】(1)设放置质量m的物体时弹簧压缩量为x，则有mg＝kx，又U＝xLE解得m＝LkEgU.(2)①用描点法作图，作出

的图像如图所示．②选取(0，0)、(0.90，9)两点，则斜率为ΔmΔU＝9－00.90－0kg/V＝10.0kg/V.③因m＝LkEgU，故LkEg＝ΔmΔU，k＝ΔmΔU·EgL＝10.0×1.50×9.800.120N/m＝1.2

3×103N/m.根据有关资料得知：由二氧化锡制成的电阻与某些气体的浓度有关．如图所示：某种二氧化锡电阻的倒数1R与酒精气体的浓度c(单位：毫克/升)，在一定范围内近似成正比．利用图像数据和下面器材，设计一个简单的酒精

浓度测试仪．二氧化锡电阻R理想电压表：量程3V定值电阻：R1＝10Ω定值电阻：R2＝15Ω电源：电动势E＝6V，内阻不计电键导线若干(1)画出用电压表测酒精浓度的电路图，要求电压表的读数随酒精浓度的增大而增大，且

当酒精浓度为0.2mg/L时，电压表满量程．(在电路图中标出各元件符号)(2)按照国家规定，呼气中酒精浓度大于等于0.09mg/L就属于酒后驾驶，按上面设计的电路计算这时的电压值________．(保留两位有效数字)(3)下面

是电压表的读数随酒精浓度c的变化图线，可能正确的是________．【答案】(1)如图所示(2)2.5V(3)B【解析】根据U＝ER2R＋R1＋R2由图像：当浓度等于0.09mg/L时，R＝11Ω，代入上式得U＝2.5V．二氧化锡电阻与酒精气体的浓度的倒数成正比，R＝k1c，结合上式得

B项正确．