高考物理一轮实验11《传感器的简单使用》教学案含答案.docx

1、高考物理一轮实验11传感器的简单使用教学案含答案实验十一传感器的简单使用前期准备明确原理知原理 抓住关键【实验目的】1认识热敏电阻、光敏电阻等敏感元器件的特性。2了解传感器的简单应用。【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其工作过程如图所示。【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。【实验过程】1研究热敏电阻的热敏特性 (1)实验步骤按如图所示连接好实物，将热敏电阻绝缘处理；将多用电表置于“欧姆”挡，选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温

2、度计的示数；向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值；将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。(2)数据处理根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性。 次数待测量 温度()电阻()在如图所示坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。根据实验数据和Rt图线，得出结论：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。2研究光敏电阻的光敏特性 (1)实验步骤将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示的电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻

3、值，并记录数据；接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；用手掌(或黑纸)遮住光，观察光敏电阻的阻值又是多少，并记录。(2)数据处理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：光敏电阻被光照射时阻值发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。【注意事项】1在做热敏电阻实验时，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在做光敏电阻实验时，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上的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

4、重新调零。剖析考点瞄准热点析考点 强化认识考点一热敏电阻的原理及应用 典题1对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图甲虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图甲所示，图中电压表内阻很大。RL的测量结果如表所示。甲温度t()30.040.050.060.070.080.090.0阻值RL()54.351.548.344.741.437.934.7回答下列问题：

5、(1)根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线。(2)为了验证RL与t之间近似为线性关系，在图丙坐标纸上作RLt关系图线。丙(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丁所示。电流表的读数为_，电压表的读数为_。此时等效电阻RL的阻值为_；热敏电阻所处环境的温度约为_。丁解析(1)根据电路图连接实物图。(2)根据数据描出点，作出直线。乙(3)电流表读数：I115 mA，电压表读数：U5.00 V。RL 43.5 ，对照图乙找出相应温度约为64.0 。答案(1)见解析图甲(2)见解析图乙(3)115 mA5.00 V43.5 640 1温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻

6、的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 时，电流表示数I12 mA；当电流表的示数I23.6 mA时，热敏电阻的温度是()A60 B80 C100 D120 解析：选D由题中图乙知，温度为20 时，R的阻值R14 k。由欧姆定律知EI1(R1Rg)，EI2(R2Rg)，两式联立，解得R22 k，由图乙中查得此时温度为120 ，D正确。2如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6 mA，内阻为数

7、十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 ，S为开关。已知RT在95 时的阻值为150 ，在20 时的阻值约为550 。现要求在降温过程中测量在20 95 之间的多个温度下RT的阻值。(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。(2)完成下列实验步骤中的填空：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RT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I0，并记录_。e将RT的温度降为T1(20 T195 )；调节电阻箱，使得电流表的读数_，记录_。f温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1_。g

8、逐步降低T1的数值，直到20 为止；在每一温度下重复步骤e、f。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，电路图如图所示。(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电路的总电阻相等。95 和RT时对应的电路的电阻相等，有150R0RTR1，即RTR0R1150 。答案：(1)见解析图 (2)d.电阻箱的读数R0e仍为I0电阻箱的读数R1 fR0R1150 考点二光敏电阻传感器的应用 典题2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

9、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：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在如图甲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。(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)提供的器材如下：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：

10、R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。甲乙解析(1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线。光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小。甲(2)根据串联电阻的正比分压关系，E3 V，当照度降低至1.0 lx时，其电压升至2 V，由图线甲知，此时光敏电阻RP20 k，URP2 V，串联电阻分压UR1 V，由2得R10 k，故选定值电阻R1，电路原理图如图乙所示。乙答案见解析1.多选如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A电压表的示数

11、增大BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大解析：选ABC当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小、R1两端电压增大知，R2两端电压减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故C项正确。2多选利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号

12、，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为 0.2 m，则下列说法正确的是()A传送带运动的速度是0.1 m/sB传送带运动的速度是0.2 m/sC该传送带每小时输送3 600个工件D该传送带每小时输送7 200个工件解析：选BC从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v m/s0.2 m/s，故A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为：svt0.23 600 m，工件个数为：n3 600个，C正确，D错误。考点三传感器在日常生活中的应用 典题3如图甲所示装

13、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E1.50 V，L12.0 cm，g9.80 m/s2。测量结果如下表： m/kg1.001.503.004.506.007.50 U/V0.1080.1540.2900.4460.6080.740 在图乙给出的

14、坐标纸上利用表中数据描出m U图线； 乙m U图线的斜率为_ kg/V；弹簧的劲度系数k_ N/m。(结果均保留三位有效数字)解析(1)设放置质量m的物体时弹簧压缩量为x，则有mgkx又UE解得mU(2)用描点法作图，作出的图象如图所示。选取(0，0)、(0.90，9)两点，则斜率为 kg/V10.0 kg/V因mU，故k10.0 N/m1.23103 N/m答案 (1)mU(2)见解析图 10.01.231031(海淀模拟)某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴OO转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。已知A的质量为

15、m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度转动时，则()A电路中电流随角速度的增大而增大B电路中电流随角速度的增大而减小C弹簧的伸长量为xD输出电压U与的函数式为U解析：选D系统在水平面内以角速度转动时，无论角速度增大还是减小，BC的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kxm2(lx)，又输出电压UEE，联立两式得x，U，故C错误，D正确。2(上海联考)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，当升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数为2I0，如图乙所示，则在此过程中()A物体处于失重状态B物体可能处于匀速运动状态C升降机一定向上做匀加速运动D升降机可能向下做匀减速运动解析：选D升降机静止时电流表示数为I0，而某过程中电流表示数为2I0，说明该过程中物体对压敏电阻的压力大于G，根据牛顿第三定律，物体受向上的力也大于G，故物体存在向上的加速度，处于超重状态，但不能判定物体是做向上的匀加速运动还是做向下的匀减速运动，D正确。