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實驗12傳感器的簡單應(yīng)用一、熱敏電阻的熱敏特性二、光敏電阻的光敏特性三、其它常見傳感器:酒精傳感器、力敏感傳感器、加速度傳感器、電流傳感器等【典例1】[熱敏電阻傳感器]如圖所示,圖甲為熱敏電阻的R?t圖像,圖乙為用此熱敏電阻和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路.繼電器的電阻為300?Ω,當線圈的電流大于或等于10?mA時,繼電器的銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電的電池的電動勢E=9.0?V,內(nèi)阻不計.圖中的“加熱電源”是恒溫箱加熱器的電源.
(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在______________(填“A、B”或“C、D”)端;(2)若恒溫箱系統(tǒng)要保持溫度為50℃,可按照下列步驟調(diào)節(jié)溫控電路:①電路接通前,將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)節(jié)至最大,并將電阻箱調(diào)到一定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值應(yīng)為________Ω;②將單刀雙擲開關(guān)向___________(填“1”或“2”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至繼電器的銜鐵被吸合.③保持滑動變阻器的位置不變,將單刀雙擲開關(guān)向另一端閉合,恒溫箱系統(tǒng)即可正常使用.此時滑動變阻器接入電路的阻值為___________Ω.【典例2】[光敏電阻傳感器]大多數(shù)智能手機中都安裝有環(huán)境光線傳感器,以實現(xiàn)手機屏幕的自動調(diào)光功能。光線傳感器的核心元件之一就是光敏電阻。某同學為了探究光敏電阻的阻值隨光照強度的變化關(guān)系,進行了如下實驗。(1)該同學在實驗室找到了一個滿偏電流為Ig=100μA、內(nèi)阻Rg=100Ω的微安表,根據(jù)設(shè)計的電路,需要將其改裝為量程為300mV的電壓表,則需串聯(lián)一個阻值為(2)該同學設(shè)計了如圖1所示的電路圖來探究光敏電阻的阻值RG隨光照強度的變化關(guān)系(圖中電源內(nèi)阻不計)。連接好電路后,將改裝后的電表接在阻值為R0的定值電阻兩端,改變光源到光敏電阻的距離d,記錄微安表的示數(shù)I,利用獲得的數(shù)據(jù),該同學得到了如圖2所示的?①請根據(jù)圖1所示的電路寫出光敏電阻的阻值RG隨微安表示數(shù)I變化的關(guān)系式RG=
(用E、I、R0?②由圖2可知,光敏電阻的阻值隨光照強度的變化情況是
。(3)該同學保持光源到光敏電阻的距離不變,利用光強計和圖1電路直接測量光照強度(單位為勒克斯,符號為lx)和光敏電阻的阻值,5次測量的結(jié)果如表中所示。光照強度/lx0.20.40.60.81.0阻值/kΩ6321.2?①由表格數(shù)據(jù)可知,當光照強度為0.8lx時,光敏電阻的阻值為
kΩ;?②該同學利用該光敏電阻的特性和前面給出的電源E電阻R0,設(shè)計了如下所示的電路圖,以實現(xiàn)“當光照強度增大時,小燈泡變暗,反之則變亮”的功能,不考慮小燈泡的電阻變化,則下列電路圖中符合要求的是
。
A.B.C.D.【典例3】[酒精電阻傳感器]現(xiàn)要組裝一個酒精測試儀,它利用的是一種二氧化錫半導體型酒精氣體傳感器,此傳感器的電阻Rx隨酒精氣體濃度的變化而變化,規(guī)律如圖甲所示。目前國際公認的酒駕標準是“0.2?mg/mL≤酒精氣體濃度<0.8?mg/mL”,醉駕標準是“酒精氣體濃度≥0.8?mg/mL提供的器材有:二氧化錫半導體型酒精傳感器R直流電源(電動勢為4?V,內(nèi)阻不計)一只電壓表(量程為3?V,內(nèi)阻非常大,作為濃度表使用)電阻箱(最大阻值為999.9?Ω)定值電阻R1(定值電阻R2(單刀雙擲開關(guān)一個,導線若干。
(1)在圖乙中完成待調(diào)節(jié)的酒精測試儀電路圖的連線。(2)電路中R應(yīng)選用定值電阻_________(填“R1”或“R2”(3)為便于識別,按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀:①電路接通前,先將電阻箱調(diào)為_________Ω,然后開關(guān)向_________(填“c”或“d”)端閉合,將電壓表此時指針對應(yīng)的刻度線標記為0.2?mg/mL;②逐步減小電阻箱的阻值,電壓表的示數(shù)不斷變大。按照甲圖數(shù)據(jù)將電壓表上“電壓”刻度線標為“酒精濃度”。此濃度表刻度線上對應(yīng)的濃度值是_________(填“均勻”或“非均勻”)變化的;③將開關(guān)向另一端閉合,測試儀即可正常使用。(4)使用一段時間后,由于電源的電動勢略微變小,內(nèi)阻變大,其測量結(jié)果_________(填“偏大”“偏小”或“準確”)。【典例4】[力敏感電阻傳感器]圖甲所示是大型機械廠里用來稱重的電子吊秤,其中稱重的關(guān)鍵元件是拉力傳感器,其工作原理是:掛鉤上掛上重物,拉力傳感器中拉力敏感電阻絲在拉力作用下發(fā)生形變,拉力敏感電阻絲的電阻也隨著發(fā)生變化,再經(jīng)過相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流),從而完成將重物的重力變換為電信號的過程。
小明找到了一根拉力敏感電阻絲RL,其阻值隨拉力變化的圖象如圖乙所示,小明設(shè)計了合適的電路圖并按圖制成了一個簡易“吊秤”。
實驗室提供了如下器材:電源E(電動勢為15V,內(nèi)阻約2Ω);靈敏毫安表(量程為10mA,內(nèi)阻約50Ω);滑動變阻器R(最大阻值為10kΩ);RL接在A、B開關(guān)S和導線若干。(1)請在圖丙中幫助小明將設(shè)計的實驗電路圖補充完整________。
(2)小明根據(jù)設(shè)計好的電路圖,連接好實驗電路,完成下列操作:a.滑環(huán)下不吊重物時,調(diào)節(jié)滑動變阻器,當電流表為某一合適示數(shù)時,讀出電流表的示數(shù)I1b.滑環(huán)下吊上待測重物,測出電阻絲與豎直方向的夾角為θ,保持滑動變阻器滑片位置不變,讀出此時電流表的示數(shù)I2設(shè)RL?F圖象的斜率為k,待測重物的重力G的表達式為G=_____________(用物理量的符號表示(3)小明在實驗的過程中不慎將靈敏毫安表燒壞,現(xiàn)手頭只有量程為2mA、內(nèi)阻(標稱值)為200Ω的電流表,還有定值電阻R1(50Ω)、定值電阻R2(10Ω)可供選擇,為了使實驗順利進行,小明決定改裝電流表,將2mA的量程擴大至10mA,小明改裝的方法是電流表應(yīng)該和定值電阻________(選填“串聯(lián)”或“并聯(lián)”),且定值電阻應(yīng)選擇________(4)由于量程為2mA、內(nèi)阻為200Ω的電流表內(nèi)阻的真實值比標稱值略大,導致改裝后的電流表示數(shù)與真實示數(shù)相比______(選填“偏大”或“偏小”),應(yīng)該使選擇的定值電阻阻值適當______(選填“增大”“減小”或“不變”)?!镜淅?】[加速度傳感器]加速度傳感器如圖甲所示.較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移,滑塊兩側(cè)用彈簧3拉著;R為滑動變阻器,4是滑動片,它與電阻器任一端間的電阻值都與它到這端的距離成正比.工作時將框架固定在被測物體上,使彈簧及電阻R均與物體的運動方向平行.當被測物體加速運動時,滑塊將在彈簧的作用下,以同樣的加速度運動.通過電路中電壓表的讀數(shù),可以得知加速度的大小.電壓表為指針式直流電壓表(可視為理想電壓表).(1)如圖,物塊處于靜止時,滑動片4在MN的正中央,此時P、Q兩端電勢相等,電壓表零刻度在表盤中央(即可顯示正負電壓),當物體具有圖示方向的加速度a時,P端的電勢__________Q端的電勢(填“高于”或“低于”),此時指針向零點右側(cè)偏轉(zhuǎn).(2)若將電壓表的表盤換成直接表示加速度大小及方向的刻度盤,則表盤的刻度__________(填“均勻”、“非均勻”)分布.(3)電壓表是由靈敏電流計改裝而成,靈敏電流計表盤如圖乙所示.當被測物體具有圖示方向大小1?m/s2的加速度時,滑動片4從MN的中央向某側(cè)平移的距離為MN總長的1/6且滑動片4在M或N端時,靈敏電流計示數(shù)最大,若將靈敏電流計的表盤換成直接表示加速度大小及方向的刻度盤,則靈敏電流計表盤上?20刻線處對應(yīng)的加速度為【典例6】[電流傳感器]電流傳感器可以像電流表一樣測量電流,不同的是反應(yīng)比較靈敏,且可以和計算機相連,能畫出電流與時間的變化圖象.圖甲是用電流傳感器觀察充、放電過程的實驗電路圖,圖中電源電壓為U=6V.先使開關(guān)S與1接通,待充電完成后,把開關(guān)S再與2接通,電容器通過電阻放電,電流傳感器將電流信息傳入計算機,顯示出電流隨時間變化的I?t圖象如圖乙所示.根據(jù)圖象估算出電容器全部放電過程中釋放的電荷量為q=________C,該電容器電容計算公式為________,電容大小為________μF(結(jié)果保留整數(shù)).【點對點01】如圖是電熨斗溫度自動控制裝置.
(1)常溫時,上、下觸點應(yīng)是________(分離,接觸)
(2)雙金屬片溫度升高時,________層形變大(上、下)
(3)假設(shè)原來溫度上升到80℃時斷開電源,現(xiàn)要60℃時斷開電源,應(yīng)向________調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕((4)電容式傳感器是用來將非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置.由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素,當某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化,從而引起電容的變化,如圖所示是四個電容式傳感器的示意圖,關(guān)于這四個傳感器的作用,下列說法正確的是_________
A.甲圖的傳感器可以用來測量角度
B.C.丙圖的傳感器可以用來測量壓力
D.【點對點02】現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),當要求熱敏電阻的溫度達到或超過60°C時,系統(tǒng)報警.提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導線若干.在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié),已知U約為18V,Ic約為10mA;流過報警器的電流超過20mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,在60°C時阻值為650.0Ω.(1)在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線.
(2)在電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”).
(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng):
①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為______Ω;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于______(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是___________________________________________.
②將開關(guān)向______(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至【點對點03】傳感器在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科技中有著相當廣泛的應(yīng)用,如圖甲是一個壓力傳感器設(shè)計電路,要求從表盤上直接讀出壓力大小,其中R1是保護電阻,R2是調(diào)零電阻(總電阻100Ω),理想電流表量程為10mA,電源電動勢E=3V(內(nèi)阻不計),壓敏電阻的阻值R與所受壓力大小F的對應(yīng)關(guān)系如圖乙所示。
(1)有三個規(guī)格的保護電阻,R1應(yīng)選哪一個______。
A.25ΩB.250ΩC.2500Ω
(2)選取、安裝保護電阻后,要對壓力傳感器進行調(diào)零。調(diào)零電阻R2應(yīng)調(diào)為______Ω。
(3)現(xiàn)對表盤進行重新賦值。原3mA刻度線應(yīng)標注______N。
(4)由于電池老化,電動勢降為2.8V,傳感器壓力讀數(shù)會出現(xiàn)偏差,如果某次使用時,先調(diào)零、后測量,讀出壓力為1200N,此時電流大小為______mA,實際壓力大小為______N【點對點04】某學校的科技小組在一次創(chuàng)新大賽中利用所學物理知識設(shè)計了一種“闖紅燈違規(guī)證據(jù)模擬記錄器”,其工作原理如圖甲所示,當光控開關(guān)接收到某種顏色光時,開關(guān)自動閉合,且車輛經(jīng)過的路面下的壓敏電阻受到車的壓力,其阻值隨壓力變化如圖乙所示,當壓力變化引起的電流變化達到一定值時,繼電器的銜鐵就被吸下,電路中的電控照相機就啟動,記錄下違規(guī)車輛實況.光控開關(guān)未受到該種光照射時自動斷開,銜鐵不被吸引,工作電路中的指示燈發(fā)光.(1)要記錄違規(guī)闖紅燈的情景,光控開關(guān)應(yīng)在接收到________(填“紅”“綠”或“黃”)光時自動閉合.(2)已知控制電路電源電動勢為6?V,內(nèi)阻為2?Ω,繼電器的線圈電阻為8?Ω,當控制電路中的電流大于0.06?A時,銜鐵會被吸下.則只有質(zhì)量超過________kg的車輛違規(guī)時才會被記錄.(重力加速度g取10?m/【點對點05】某興趣小組為了研制一臺“電子秤”,找到一個力電轉(zhuǎn)換傳感器,該傳感器的輸出電壓正比于受壓面的正壓力,實驗操作時,先調(diào)節(jié)傳感器輸入端的電壓(要求從零開始調(diào)節(jié)),使力電轉(zhuǎn)換傳感器在空載時的輸出電壓為零,而后在其受壓面上放一物體,即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓.(1)如圖所示,E為直流電源,S為開關(guān),R為滑動變阻器,?為電壓表,在圖中用筆畫線代替導線連接成實驗電路圖.(2)若將質(zhì)量為m?0的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換傳感器的受壓面上,電壓表的示數(shù)為U?0;然后取下砝碼,再將待測物體放在力電轉(zhuǎn)換傳感器的受壓面上,電壓表的示數(shù)為U【點對點06】半導體型呼氣酒精測試儀采用氧化錫半導體作為傳感器。如圖甲所示是該測試儀的原理圖。圖中R1為定值電阻,酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小。
(1)駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大,電壓表的讀數(shù)越________(填“大”或“小”)。(2)如圖乙所示為酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度變化的關(guān)系曲線。則酒精氣體濃度為0時R2的阻值為________Ω。若某司機呼氣酒精濃度為120?mg/m3,此時此時R2的阻值為________(3)現(xiàn)有一個電源,電動勢為4.8?V,內(nèi)阻為1?Ω;電壓表V量程為5?V,內(nèi)阻很大;定值電阻R1的阻值為60?Ω;導線若干。按圖甲所示電路圖把電壓表改裝成酒精濃度表,則酒精氣體濃度為0的刻度線應(yīng)刻在電壓刻度線為________V處;酒精氣體濃度為50?mg/m3應(yīng)刻在電壓刻度線為【點對點07】電流傳感器可以像電流表一樣測量電流,它與計算機相連,能在幾秒內(nèi)畫出電流隨時間變化的圖象。小明按照圖甲連接電路。先使開關(guān)S與1端相連,電源向電容器充電。然后把開關(guān)S擲向2端,電容器通過電阻R放電,傳感器將電流信息傳入計算機,屏幕上顯示出電流隨時間變化的I?t曲線如圖乙所示,已知他使用的電源電動勢E=8V。
(1)小明在圖中畫了一個豎立的狹長矩形(在圖乙的最左邊),它的面積si的物理意義是________;
(2)據(jù)此可估算出電容器的電容C=________F;(保留兩位有效數(shù)字)
(3)如果要測繪充電時的I?t圖象,請在虛線框內(nèi)畫出相應(yīng)的電路圖,并在丙圖I?t曲線上畫出曲線的大致形狀?!军c對點08】半導體型呼氣酒精測試儀采用氧化錫半導體作為傳感器。如圖甲所示是該測試儀的原理圖。圖中R1為定值電阻,酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小。
(1)駕駛員呼出的酒精氣體濃度越大,電壓表的讀數(shù)越________(填“大”或“小”)。(2)如圖乙所示為酒精氣體傳感器R2的電阻值隨酒精氣體濃度變化的關(guān)系曲線。則酒精氣體濃度為0時R2的阻值為________Ω。若某司機呼氣酒精濃度為120?mg/m3,此時此時R2的阻值為________Ω。
(3)現(xiàn)有一個電源,電動勢為4.8?V,內(nèi)阻為1?Ω;電壓表V量程為5?V,內(nèi)阻很大;定值電阻R1的阻值為60?Ω;導線若干。按圖甲所示電路圖把電壓表改裝成酒精濃度表,則酒精氣體濃度為0的刻度線應(yīng)刻在電壓刻度線為________V處;酒精氣體濃度為50?mg/【點對點09】光傳感器是一種傳感裝置,在自動控制中發(fā)揮著重要作用,主要應(yīng)用了半導體材料制成的光敏電阻,某實驗小組用光敏電阻做實驗:(光敏電阻光照越強電阻越小)
(1)為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強光照射時電阻的大小關(guān)系,用圖甲所示電路進行實驗,得出兩種U?I圖線如圖乙所示.根據(jù)U?I圖線可知正常光照射時光敏電阻阻值為__________Ω,強光源照射時電阻為__________Ω.(2)若實驗中所用電壓表的內(nèi)阻約為7?kΩ,毫安表的內(nèi)阻約為300?Ω,考慮到電表內(nèi)阻對實驗結(jié)果的影響,此實驗中_________(填“正常光照射時”或“強光照射時”)測得的電阻誤差較大.若
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