高中物理二轮复习实验与研究精解集汇传感器的简单使用解析版.docx

高中物理二轮复习实验与研究精解集汇传感器的简单使用解析版.docx

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高中物理二轮复习实验与研究精解集汇传感器的简单使用解析版

传感器的简单使用

1、同学想到自己制作一个金属温度计,为此该同学从实验室找到一个热敏电阻,并通过查资料获得该热敏电阻的阻值R随温度t变化的图线,如图甲所示.该同学进行了如下设计:

将一电动势E=1.5V（内阻不计）的电源、量程5mA内阻Rg=100Ω的电流表及电阻箱R′,及用该电阻作测温探头的电阻R,串成如图乙所示的电路,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.

1.电流刻度较小处对应的温度刻度__________;（填“较高”或“较低”）

2.若电阻箱阻值R′=70Ω,图丙中5mA刻度处对应的温度数值为__________℃.

2、某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有:

灵敏电流表（待改装）,学生电源（电动势为E,内阻不计）,滑动变阻器,单刀双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计,PTC热敏电阻（PTC热敏电阻的阻值

与摄氏温度t的关系为

）。

设计电路如图所示,并按如下步骤进行操作。

（1）按电路图连接好实验器材。

（2）将滑动变阻器滑片P滑到__________（填“a”或“b”）端,单刀双掷开关S掷于__________（填“c”或“d”）端,调节滑片P使电流表__________,并在以后的操作中保持滑片P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。

（3）容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5°C,就将开关S置于d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关。

请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式（用题目中给定的符号）I=__________。

（4）根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表。

根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:

低温刻度在__________（填“左”或“右”）侧,刻度线分布是否均匀?

__________（填“是”或“否”）。

3、传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量（如温度、光、卢等）转换成便于测量的量（通常是电学量）,例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由热敏电阻

作为传感器制作的简单自动报警器的线路图.

（1）为了使温度过高时报警器响铃,c应接在_____________（填“a”或“b”）处.

（2）若使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器滑片P向___________（填“左”或“右”）移动.

（3）如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能正常工作的原因可能是________________.（写出一种可能就可以）

4、图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中称重的关键元件是拉力传感器,其工作原理是:

挂钩上挂上重物,拉力传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流）,从而完成将重物的质量变换为电信号的过程。

小明找到了一根拉力敏感电阻丝

其阻值随拉力变化的图象如图乙所示,小明设计了合适的电路图并按图制成了一个简易“吊秤”。

实验室提供了如下器材。

电源电动势为15V,内阻约2Ω;

灵敏毫安表:

量程为10mA,内阻约50Ω;

滑动变阻器R:

最大阻值为10kΩ;

接在

两接线柱之间,通过光滑绝缘小滑环可将重物吊起;

开关S和导线若干。

1.请在图丙中帮助小明将设计的实验电路图补充完整。

2.小明根据设计好的电路图,连接好实验电路,完成下列操作:

a.滑环下不吊重物时,调节滑动变阻器,当电流表为某一合适示数时,读出电流表的示数

;

b.滑环下吊上待测重物,测出电阻丝与竖直方夹角为

保持滑动变阻器滑片位置不变,读出此时电流表的示数

。

设

图象斜率为k,待测重物的重力G的表达式为G=___________________（用物理量的符号表示）,测得

分别为9.0mA和7.8mA,则待测重物的重力G=_________________N（结果保留一位小数）。

3.小明在实验的过程中不慎将灵敏毫安表烧坏,现手头只有量程为2mA、内阻（标称值）为200Ω的电流表,还有定值电阻均

（50Ω）、定值电阻

（10Ω）可供选择,为了使实验顺利进行,小明决定改装电流表,将2mA的量程扩大至10mA,小明改装的方法是电流表应该和定值电阻_____________（选填“串联”或“并联”）,且定值电阻应选择________________（在空格内填写字母代号）。

4.由于量程为2mA、内阻为200Ω的电流表内阻的真实值比标称值略大,导致改装后的电流表示数与真实示数相比______________（选填“偏大”或“偏小”）,应该使选择的定值电阻阻值适当__________________（选填“增大”,“减小”或“不变”）。

5、如图甲为某一热敏电阻（电阻随温度的改变而改变,且对温度很敏感）的

关系曲线图。

（1）为了通过测量得到如图甲所示

关系的完整曲线,在图乙和丙两个电路中应选择的是图________;简要说明理由:

_____________________________（电源电动势为9V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0-100Ω）

（2）在如图丁所示电路中,电源电压恒为9V,电流表读数为70mA,定值电阻

。

由热敏电阻的

关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为__________V;电阻

的阻值为__________Ω。

6、如图甲所示的装置可以用来测最硬弹簧（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.V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的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

与k之间所满足的关系式___________.

2.已知

.测量结果如下表:

1.00

1.50

3.00

4.50

6.00

7.50

0.108

0.154

0.290

0.446

0.608

0.740

①在图乙给出的坐标纸上利用表中数据描出

图线.

②

图线的斜率为___________kg/V.（结果保留三位有效数字）

③弹簧的劲度系数

____________N/m.

7、材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻现象”，利用这种效应可以测量压力大小，若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线，其中

.

分别表示有.无压力时压敏电阻的阻值，为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值

，请按要求完成下列实验。

（1）设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框内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40N～80N，不考虑压力对电路中其他部分的影响）。

要求误差较小。

提供的器材如下：

A.压敏电阻，无压力时阻值

B.滑动变阻器R，全电阻约

C.电流表A，量程2.5mA，内阻约30Ω

D.电压表V，量程3V，内阻约3kΩE.直流电源

E，电动势3V，内阻很小F.开关S与导线若干

（2）正确连线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为        V。

（3）此时压敏电阻的阻值为         Ω；结合图甲可知待测压力的大小F=     N。

（计算结果均保留两位有效数字）

8、如图甲所示为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度装置的示意图.当罐中装满液体时,液面与出液口高度差为h,罐外有一竖直放置的管,管内一侧有沿竖直线排列的多个光敏电阻,另一侧有一列光强稳定的光源.液面上一浮块与一块遮光板通过绕过定滑轮的细线相连,遮光板可随浮块的升降在管内上下运动,光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为h.当储液罐内装满液体时,遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等高,管内的光均匀地照射在光敏电阻上,光敏电阻和仪表相连.现要求设计一电路以利用上述装置测量液面的高度.

为将问题简化,假设管内只有3个光敏电阻R1、R2、R3,分别位于管的上端、下端和中央,无光照时电阻均为R=10kΩ,被管内光源照亮时电阻均为R'=1.0kΩ.给定的仪器还有:

直流电源E（电动势为9V,内阻不计）,3个定值电阻（阻值分别为R4=2.5kΩ,R5=1.8kΩ,R6=1.5kΩ）,电压表V（量程为0~3V,内阻可视为无穷大）,开关S—个,导线若干.

要求:

当罐内装满液体时,电压表恰好为满量程.

1.如图乙所示,此时电压表的示数为__________V.

2.选择合适的定值电阻,在如图丙所示方框内画出的电路图,并用题中给定的符号标明图中各元件.

3.液面与出液口等高时电压表的示数为__________V.（结果保留两位有效数字）

4.若管内的光强变暗,使得三个光敏电阻被照亮时的阻值均变为1.2kΩ,则定值电阻的阻值应变为__________kΩ,便可达到题目要求.（结果保留两位有效数字）

答案以及解析

1答案及解析：

答案：

1.较高;2.30

解析：

1.由闭合电路欧姆定律E=Ｉ（R+R'+Rg）,可见电流越小电阻越大,而热敏电阻阻值越大温度则越高,即电流刻度较小处对应的温t刻度应该较高,

2.若电阻箱阻值R'=70Ω时,代入E=Ｉg（R+R'+Rg）得热敏电阻的阻值为130Ω结合图甲可知此时对应的温度数值为30°C

2答案及解析：

答案：

（2）a;c;满偏;（3）

（4）右;否

解析：

（2）为了电路的安全,滑动变阻器在闭合开关前应调至a端,将单刀双掷开关S掷于c端,并调节滑动变阻器,使电流表达到满偏;

（3）由闭合电路的欧姆定律可知,

。

（4）由2中所求电流与温度的关系式可知,随温度的升高电流减小,故低温刻度在右侧,由表达式可以看出,刻度是不均匀的,越向右刻度越密集。

3答案及解析：

答案：

（1）a

（2）左（3）电源提供的电流太小,导致电磁铁的磁性太弱;弹簧的劲度系数太大,电磁铁的吸引力小于弹力

解析：

（1）根据图甲可得,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,为了使温度过高时报警器响铃,则应选择电磁铁将衔铁吸下时电路接通,即c应该接在a处.

（2）若使启动报警的温度提高些,则相当于减小临界状态时热敏电阻的阻值,为了仍等于刚好接通时的电流,应增大滑动变阻器接入电路的阻值,则应将滑动变阻器滑片P向左移动.

（3）在最低报警温度时不能报警,说明此时电路中产生的电流不能使衔铁与a接触,这可能由多种原因造成,如:

①电源提供的电流太小,导致磁铁的磁性太弱;②弹赞的劲度系数太大,电磁铁的吸引力小于弹力等.

4答案及解析：

答案：

1.如图所示

2.

1538.53.并联

4.偏小增大

解析：

1.如图所示。

2.对待测重物受力分析,由平衡条件得

由题图乙得

由闭合电路欧姆定律

故

联立解得

代入数据得

。

3.将2mA的电流表的量程扩大至10mA,根据并联分流原理,电流表应该和定值电阻并联,由并联电路电压相等可知,

解得

故选择

。

4.根据改装电流表的原理,内阻真实值比标称值大,并联的分流电阻也应比50Ω大,故改装的电流表的分流电阻分得的电流偏大,改装后电流表示数比真实值偏小,故应适当增大分流电阻的阻值。

5答案及解析：

答案：

（1）乙;因为乙电路电压可从0V调到所需电压,电压调节范围大

（2）5.2;111.8

解析：

（1）应选择图乙,因为图乙电路电压可从0V调到所需电压,电压调节范围大。

（2）由题图知

与热敏电阻串联后与

并联接在9V电源上,总电流

。

设通过热敏电阻的电流为

通过

的电流为

则

故

。

由图像查得34mA对应的电压为5.2V,

两端电压

所以

。

6答案及解析：

答案：

1.

2.①见审题破题图②10.0③1225

解析：

1.设放置质量为m的重物时弹簧的压缩量为x,则有

又

解得

.

2.①作出的图线如图所示.

②选取

、

两点,则斜率为

.

③因

故

.

7答案及解析：

答案：

（1）

（2）2．00  （3）

; 60

解析：

（1）因为滑动变阻器总电阻较小，远小于待测电阻，因此滑动变阻器应采用分压接法；同时待测电阻较大，故应采用电流表内接法；如答案图所示：

（2）电压表的量程为3V，分度值为0．1V，要估读一位，则读数为2．00V；

（3）根据欧姆定律可知：

 无压力时阻值

则有：

则由图可知，压力大小约为60N

8答案及解析：

答案：

1.1.40;2.如图所示

3.0.43;4.1.8

解析：

1.电压表量程为0~3V,每一小格表示0.1V,可知示数为1.40V.

2.当罐内装满液体时,三个光敏电阻均受到光照射,电阻均为R'=1.0kΩ,可把三个光敏电阻串联后再与一个阻值为Rx的定值电阻串联,接在直流电源两端,把电压表接在定值电阻两端,则有

故Rx=1.5kΩ,电压表应与电阻R6并联构成电路,当罐内装满液体时,电压表恰好满量程.

3.当液面与出液口等高时,光源完全被遮光板遮住,此时三个光敏电阻的阻值均为10kΩ,则电压表的示数为

.

4.若三个光敏电阻被照亮时的阻值均变为1.2kΩ,为使电压表满量程,则定值电阻阻值变为R'x,R'x满足

解得R'x=1.8kΩ。