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    高考物理一轮复习 第11章 实验12 传感器的简单应用 试卷
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    高考物理一轮复习 第11章 实验12 传感器的简单应用

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    这是一份高考物理一轮复习 第11章 实验12 传感器的简单应用,共12页。试卷主要包含了实验目的,实验器材等内容,欢迎下载使用。

    一、实验目的
    1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性.
    2.了解传感器的简单应用.
    二、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.
    考点一| 热敏电阻的原理及应用
    [母题] 某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现有器材:直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等.
    (1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在图实­12­1的实物图上连线.
    图实­12­1
    (2)实验的主要步骤:
    ①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;
    ②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,________,________,断开开关;
    ③重复第②步操作若干次,测得多组数据.
    (3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得图实­12­2所示的R­t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R­t关系式:R=________+________t(Ω).
    图实­12­2
    【解析】 (3)根据R=eq \f(U,I)就可求出不同温度下热敏电阻的阻值,并据此绘得R­t图线.在图线上取两点,当t1=10 ℃时,R1=104 Ω,当t2=60 ℃时,R2=124 Ω,R­t图线的斜率为eq \f(R2-R1,t2-t1)=0.4;将图线延长,图线交于原点,说明t=0 ℃时的电阻为100 Ω,故R­t关系式为R=100+0.4t(Ω).
    【答案】 (1)如图所示
    (2)②读取温度计示数 读取电压表示数
    (3)100 0.4
    [借题悟法·核心点拨]
    [母题迁移]
    1.(2017·贵阳模拟)图实­12­3为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图,要求是:正常情况绿灯亮,有险情时电铃报警,则图中的甲、乙、丙分别是( )
    图实­12­3
    A.小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
    B.半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
    C.绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻
    D.半导体、热敏电阻、绿灯泡、小电铃
    B [根据要求,在常温下热敏电阻甲阻值较大,电磁铁磁性较弱,不能将衔铁吸下,此时绿灯所在电路接通,绿灯亮,所以丙为是绿灯;温度升高,热敏电阻阻值较小,控制电路电流增大时,电磁铁磁性增大,将衔铁吸下,丙电路断开,乙电路接通电铃响,所以乙为小电铃;由以上的分析可知,甲是半导体热敏电阻.故选B.]
    2.(2016·全国乙卷)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 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.
    图实­12­4
    (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.
    【解析】 (1)电路图连接如图.
    (2)报警器开始报警时,对整个回路有
    U=Ic (R滑+R热)
    代入数据可得R滑=1 150.0 Ω,因此滑动变阻器应选择R2.
    (3)①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 Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法,滑片应置于b端附近,若置于另一端a时,闭合开关,则电路中的电流I=eq \f(18,650.0) A≈27.7 mA,超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏.②开关应先向c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)连线如解析图所示 (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
    考点二| 光敏电阻的应用
    [母题] 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RP在不同照度下的阻值如下表:
    (1)根据表中数据,请在图图实­12­5所示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.
    图实­12­5
    (2)如图实­12­6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)
    图实­12­6
    提供的器材: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)根据表中的数据,在坐标系中描点连线,得到如图所示的变化曲线.
    由图可知光敏电阻阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小.
    (2)因天色渐暗、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 kΩ,两端电压为2 V,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10 kΩ,即选用R1.此电路的原理图如图所示.
    [借题悟法·核心点拨]
    [母题迁移]
    1.(多选)(2017·兰州模拟)某温度检测、光电控制加热装置原理如图实­12­7所示.图中RT为热敏电阻(随温度升高,阻值减小),用来探测加热电阻丝R的温度,RG为光敏电阻(随光照强度增大,阻值减小),接收小灯泡L的光照,除RT、RG外,其他电阻均为定值电阻.当R处温度升高时( )
    【导学号:92492395】
    图实­12­7
    A.L变亮
    B.R3的电流减小
    C.E2的路端电压增大
    D.R的功率减小
    AD [当R处温度升高时,RT阻值变小,小灯泡L的光照强度增大,RG阻值变小,通过R2的电流变大,E2的路端电压变小,R两端电压变小,通过的电流也变小,功率变小,通过R3的电流变大,选项A、D正确,B、C错误.]
    2.为了节能环保,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照度的变化而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).
    (1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如表中所示,根据表中已知数据,在如图实­12­8所示坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线.由图象可求出照度为1.0 lx时的电阻约为________kΩ.
    图实­12­8
    (2)如图实­12­9所示是街道路灯自动控制模拟电路,利用直流电源为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电.为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间,请用笔画线代替导线,正确连接电路元件.
    图实­12­9
    (3)用多用电表“×10 Ω”档,按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时,指针示数如图实­12­10所示,则线圈的电阻为________Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时,继电器的衔铁将被吸合.图中直流电源的电动势E=6 V,内阻忽略不计,滑动变阻器有三种规格可供选择:R1(0~10 Ω,2 A)、R2(0~200 Ω,1 A)、R3(0~1 750 Ω,1 A).要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯,滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”). 为使天色更暗时才点亮路灯,应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻.
    图实­12­10
    【解析】 (1)由描点绘出的图象可以找出照度为1.0 lx时光敏电阻的阻值为2.0 kΩ;(2)电源与开关、滑动变阻器、光敏电阻和电磁铁串联起来.当受光照作用较强时,光敏电阻阻值较小,通过电磁铁的电流较大,对衔铁磁力增大,与触点C接通,此时应使路灯不亮,故路灯应接在AB之间;(3)多用电表读数为14,乘以倍率“×10”,故线圈电阻为140 Ω.由闭合电路欧姆定律可知,电路总电阻达到3 kΩ时,电路接通,故滑动变阻器电阻应与光敏电阻同一数量级,故滑动变阻器选择R3.天色更暗,光敏电阻阻值增大,为使路灯此时点亮,则滑动变阻器电阻应减小.
    【答案】 (1)2.0(误差允许范围内均对)
    (2)AB 接线图如图所示
    (3)140 R3 减小
    考点三| 传感器在实际中的应用
    [母题] (2017·湖北省部分重点高中联考)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.图实­12­11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
    (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________(选填“A”或“B”);请在图实­12­11乙的方框中画出该实验的电路图.

    图实­12­11
    (2)如果将该小灯泡接入图实­12­11丙所示的电路中,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)
    [借题悟法·核心点拨]
    [母题迁移]
    1.(多选)(2017·恩施模拟)工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤,图实­12­12甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图,其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器.拉力传感器的内部电路如图实­12­12丙所示,R1、R2、R3是定值电阻,R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R0是对拉力敏感的应变片电阻,其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示,已知料斗重1×103 N,没装料时Uba=0,g取10 m/s2.下列说法中正确的是( )
    【导学号:92492396】

    甲 乙 丙
    图实­12­12
    A.R3阻值为40 kΩ
    B.装料时,R0的阻值逐渐变大,Uba的值逐渐变小
    C.拉力越大应变片电阻阻值也变大,Uba传感器的示数也变大
    D.应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量
    AC [没装料时,根据串并联电路规律可得R1两端的电压为:UR1=eq \f(R1,R1+R2)×12=8 V;从R­F图中可得,没装料时,料斗重1×103 N,此时R0=20 kΩ,所以R3两端的电压为UR3=eq \f(R3,R3+R0)×12=eq \f(12R3,R3+20),因为此时Uba=0,说明R1两端的电压和R3两端的电压相等,即eq \f(12R3,R3+20)=8 V,解得R3=40 kΩ,A正确;装料时,由于R1所在支路电流恒定,所以a点的电势恒定,而R3所在支路中R0逐渐增大,该支路电流减小,R3两端的电压减小,即b的电势升高,所以Uba逐渐增大,B错误,C正确;应变片作用是把拉力这个力学量转换为电压这个电学量,D错误;故选A、C.]
    2.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.有一种测量人的体重的电子秤,其测量部分的原理图如图实­12­13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○A (实质是理想电流表)组成.压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa,且已知压力传感器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,g取10 m/s2.请作答:
    图实­12­13
    (1)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.
    (2)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________kg.
    【解析】 (1)由题表格知,踏板空载时,压力传感器的电阻R=300 Ω,此时○A中电流I=eq \f(U,R)=eq \f(4.8,300) A=1.6×10-2 A.
    (2)当电流I′=20 mA=2×10-2 A时,压力传感器的电阻R′=eq \f(U,I′)=eq \f(4.8,2×10-2) Ω=240 Ω,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】 (1)1.6×10-2 (2)50
    1.考查实验原理及连线[第(1)问]
    (1)根据实验要求进行连线.
    (2)电压表应直接并联在待测热敏电阻两侧.
    (3)连线时注意电流的流向.
    2.考查实验步骤[第(2)问]
    (1)实验过程中应逐步升温,待温度稳定后再读数.
    (2)实验时应测多组数据,以减小实验误差.
    3.考查识图能力和数据处理方法[第(3)问]
    (1)根据R=eq \f(U,I)求出不同温度下热敏电阻的阻值.
    (2)由R­t关系图线找出R与t的函数关系式.
    (3)本实验的主要误差来源于温度计和电压表的读数.
    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.考查描点作图的方法和分析图象的能力[第(1)问]
    (1)描绘图象时,各点应均匀分布在图线两侧,且图线应是平滑的曲线,而不应成为连接各点的折线.
    (2)根据所描绘图象,会分析电阻阻值如何随光照强度的变化而变化.
    2.考查实验电路的设计能力[第(2)问]
    (1)要结合题目所给条件及所给图象的数据进行分析设计.
    (2)通过分析可确定RP应接在1、2之间.
    (3)选择定值电阻,根据图线读出光照强度在1.0 lx时的光敏电阻的阻值为20 kΩ,光敏电阻分压为2 V,则串联定值电阻R分压1 V,其阻值应为10 kΩ.
    照度/lx
    0.2
    0.4
    0.6
    0.8
    1.0
    1.2
    电阻/kΩ
    5.8
    3.7
    2.8
    2.3
    1.8
    1.考查实验器材的创新[题干部分]
    (1)用电压传感器、电流传感器替代电压表和电流表.
    (2)能快速、准确取得实验数据,及时地把图象呈现在电脑屏幕上.
    2.考查滑动变阻器及分压、限流电路的选择[第(1)问]
    (1)根据实验原理,本实验应采用分压电路.
    (2)为便于调节,滑动变阻器应选择A.
    3.考查实验数据的处理[第(2)问]
    (1)利用小灯泡的U­I图象(甲)结合电流传感器的示数读出丙中小灯泡的电压值.
    (2)利用闭合电路欧姆定律计算电源的内电阻.
    压力F/N
    0
    250
    500
    750
    1 000
    1 250
    1 500

    电压R/Ω
    300
    270
    240
    210
    180
    150
    120

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