2021高考物理一轮复习实验十二传感器的简单使用题型突破练含解析

-1-实验十二传感器的简单使用热点一教材原型实验【典例1】如图甲所示为热敏电阻的R-t图象，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。为继电器线圈供电电池的电动势E=8V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热电源。(1)图甲说明热敏电阻的阻值随着温度的升高_________(选填“增大”“减小”或“不变”)。(2)应该把恒温箱内加热器接___________(选填“AB”或“CD”)端。(3)如果要使恒温箱内的温度保持100℃，滑动变阻器R1接入电路的电阻值为___________Ω。【解析】(1)由图甲可知热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小；(2)当温度较低的时候，热敏电阻的电阻较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应该把恒温箱内的加热器接在AB端。(3)当温度达到100℃时，加热电路就要断开，此时的继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要到达20mA=0.02A，根据闭合电路欧姆定律可得：I=，即：0.02A=，解得：R′=150Ω。答案：(1)减小(2)AB(3)150热点二创新型实验-2-热敏电阻应用【典例2】(2020·和平区模拟)热电传感器利用了热敏电阻对温度变化响应很敏感的特性。某学习小组的同学探究某种类型的热敏电阻的阻值如何随温度变化，从室温升到80℃时，所提供的热敏电阻Rt的阻值变化范围可能是由5Ω变到1Ω或由5Ω变到45Ω。除热敏电阻外，可供选用的器材如下：温度计，测温范围-10～100℃；电流表A1：量程3A，内阻rA=0.1Ω；电流表A2：量程0.6A，内阻约为0.2Ω；电压表V1：量程6V，内阻rV=1.5kΩ；电压表V2：量程3V，内阻约为1kΩ；标准电阻：阻值R1=100Ω；滑动变阻器R2：阻值范围0～5Ω；电源E，电动势3V，内阻不计；开关及导线若干。(1)甲同学利用如图所示的电路测量室温下热敏电阻的阻值。要使测量效果最好，应选下列_________组器材。A.A1和V1B.A2和V2C.A1和V2(2)在测量过程中，随着倒入烧杯中的开水增多，热敏电阻的温度升高到80℃时，甲同学发现电流表、电压表的示数几乎都不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变(电路保持安全完好)，这说明该热敏电阻的阻值随温度升高而___________(选填“增大”或“减小”)。(3)学习小组的同学根据甲同学的实验，建议他在测量较高温度下热敏电阻的阻值时重新设计电路，更换器材。请你在如图所示的虚线框内完成测量温度80℃时热敏电阻阻值的实验电路图。-3-【创新点分析】热敏电阻结合电路设计。【解析】(1)因电路中热敏电阻两端的电压不大于3V，所以电压表选用量程为3V的V2，电路电流不大于0.6A，电流表选用量程为0.6A的A2，则应选用B组电表；(2)温度升高到80℃时，电流表、电压表的示数几乎都不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变，是由于热敏电阻的阻值远大于滑动变阻器的电阻，所以该热敏电阻的阻值随温度升高而增大；(3)因温度较高时热敏电阻的阻值较大，控制电路应改为分压接法，如图所示。答案：(1)B(2)增大(3)见解析图光敏电阻应用【典例3】(2019·石家庄模拟)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。-4-(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)如果(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___________(选填“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3V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0=20.0Ω，电流超过50mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2cd时，照明电路恰好接通，则图(c)中定值电阻R=___________Ω。【创新点分析】光信号转换为电信号，控制电磁继电器。【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下降，进一步增大光照强度，电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。(2)当较小的电流经过接线柱A、B流入线圈时，电磁铁把衔铁吸下，使C、D两个接线柱所连的触点接通，较大的电流就可以通过C、D带动用电器工作了，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2cd时，由图(a)可知，光敏电阻的阻值R1=18Ω，当照明电路开始工作时，电磁铁能吸合衔铁的电流I=0.05A，由I=得，电路总电阻：R总===60Ω，根据串联电路电阻规律可知，定值电阻R的阻值：R=R总-R0-R1=60Ω-20.0Ω-18Ω=22.0Ω。-5-答案：(1)随光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大光照强度，电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓(2)C、D(3)见解析(4)22.0压力传感器应用【典例4】某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系。如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端，当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C。(1)逐渐往小桶C内添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x，作出F-x图象如图乙所示。由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k=___________N/m，弹簧原长L0=___________cm。(2)将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示(两根弹簧)。闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数。弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为m=ak-(a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数)，则滑动变阻器R的长度L=___________，电源电动势E=___________。(保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R0，电源的内阻不计，已知当地重力加速度为g)【创新点分析】压力信号转换为电流信号。【解析】(1)由弹簧的弹力与其形变量的关系可得：F=k(L-L0)，由表达式结合图象可知图象斜率表示弹簧的劲度系数，而横截距表示弹簧的原长，故弹簧的劲度系数k==N/m=100N/m；弹簧原长L0=4cm；(2)当所称的物体质量为零时，有：ak=，-6-此时由电路结构可得：E=2IR0，联立解得电源电动势：E=；当所称的物体质量最大时，弹簧被压缩L，此时有：I′=，mg=2kL，联立解得：L=ag。答案：(1)1004(2)ag【创新角度】