實(shí)驗(yàn)十五　傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用

5/5實(shí)驗(yàn)十五傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用考情調(diào)研命題特征分析近幾年的高考試卷，可知高考試卷中對(duì)敏感電阻及傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了頻繁地考查，如2021年廣東卷中的熱敏電阻的研究、2022年河北卷中的利用廢棄電飯煲的部分器材自制簡(jiǎn)易電飯煲、2022年廣東卷中的測(cè)量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長(zhǎng)之間的關(guān)系、2023年湖南卷中利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量微小壓力的裝置。試題命題特點(diǎn)是試題的創(chuàng)新度高，注重創(chuàng)新能力和知識(shí)的遷移能力的考查，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)探究能力的核心素養(yǎng)1.探規(guī)律：分析熱（光）敏電阻與溫度（光強(qiáng)）的關(guān)系。2.畫圖像：描繪電阻值隨溫度（光強(qiáng)）變化的圖像。3.得結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高（降低）而減小（增大），光敏電阻的阻值隨光照的增強(qiáng)而減小某同學(xué)為定性探究光敏電阻阻值隨光照強(qiáng)度變化的關(guān)系，設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的電路。所用器材有：置于暗箱（圖中虛線區(qū)域）中的光敏電阻RG；小燈泡和刻度尺；阻值為R的定值電阻；理想電壓表V；電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源；開關(guān)S；導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖（a）連接好電路，然后改變暗箱中光源到光敏電阻的距離d，記錄電壓表的示數(shù)U，獲得多組數(shù)據(jù)如表中所示。d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.0018.5020.0022.0023.5025.00U/mV271.0220.0180.0156.7144.9114.094.889.578.672.565.0回答下列問(wèn)題：【實(shí)驗(yàn)原理】（1）光敏電阻阻值RG與電壓表示數(shù)U的關(guān)系式為RG＝（用E、r、R、U表示）?！緮?shù)據(jù)處理】（2）在圖（b）所示的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給的第二組數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出U-d的非線性曲線。（3）依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推斷，光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的減小而（選填“增大”或“減小”）?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】（4）該同學(xué)注意到智能手機(jī)有自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能，光照強(qiáng)度大時(shí)屏幕變亮，反之變暗。他設(shè)想利用光敏電阻的特性，實(shí)現(xiàn)“有光照射光敏電阻時(shí)，小燈泡變亮；反之變暗”的功能，設(shè)計(jì)了如圖（c）所示電路，則電路中（選填“R1”或“R2”）為光敏電阻，另一個(gè)為定值電阻。（5）若用該光敏電阻和電磁繼電器設(shè)計(jì)自動(dòng)光控照明電路，電磁繼電器的構(gòu)造示意圖如圖（d）所示。a.其中L為含有鐵芯的線圈，P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的銜鐵，K為彈簧，S為一對(duì)觸頭，A、B、C、D為四個(gè)接線柱。工作時(shí)，應(yīng)將（選填“A、B”或“C、D”）接照明電路。b.請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線連接圖（d）中的實(shí)物圖。c.已知控制電路電源電動(dòng)勢(shì)為3V，內(nèi)阻很小可忽略，電磁鐵線圈電阻R'＝20Ω，電流超過(guò)50mA時(shí)可吸合銜鐵。如果要求光照使得光敏電阻阻值為18Ω時(shí)，照明電路恰好接通，則圖（d）中定值電阻R＝Ω。聽課記錄五種敏感元件的作用和特點(diǎn)1.熱敏電阻：將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，一般情況下，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。2.金屬熱電阻：將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，一般情況下，金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小。3.光敏電阻：將光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，一般情況下，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，隨光照強(qiáng)度的減弱而增大。4.霍爾元件：將磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量，對(duì)于某個(gè)確定的霍爾元件，它的厚度d、霍爾系數(shù)k為定值，如果保持電流I恒定，則霍爾電壓UH就與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比UH5.壓敏電阻：將壓力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，壓敏電阻的阻值隨壓力的變化而變化。（2024·山東威海模擬）在實(shí)際應(yīng)用中有多種自動(dòng)控溫裝置，以下是其中兩種控溫裝置：（1）圖（a）為某自動(dòng)恒溫箱原理圖，箱內(nèi)的電阻R1＝2kΩ，R2＝1.5kΩ，R3＝4kΩ，Rt為熱敏電阻，其電阻隨溫度變化的圖像如圖（b）所示。當(dāng)a、b兩點(diǎn)電勢(shì)φa＜φb時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)φa≥φb時(shí)，電壓鑒別器會(huì)使S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為℃，恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時(shí)Rt的取值范圍為。（2）有一種由PTC元件做成的加熱器，它產(chǎn)生的焦耳熱功率PR隨溫度t變化的圖像如圖（c）所示。該加熱器向周圍散熱的功率為PQ＝k（t－t0），其中t為加熱器的溫度，t0為室溫（本題中取20℃），k＝0.1W/℃。①當(dāng)PR＝PQ時(shí)加熱器的溫度即可保持穩(wěn)定，則該加熱器工作的穩(wěn)定溫度為℃；②某次工作中，該加熱器從室溫升高至穩(wěn)定溫度的過(guò)程中，下列溫度變化過(guò)程用時(shí)最短的是。（填選項(xiàng)前的字母序號(hào)）A.20℃～24℃ B.32℃～36℃C.48℃～52℃ D.60℃～64℃【典例】（2023·湖南高考12題）某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量微小壓力的裝置，其電路如圖（a）所示，R1、R2、R3為電阻箱，RF為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器，C、D間連接電壓傳感器（內(nèi)阻無(wú)窮大）。（1）先用歐姆表“×100”擋粗測(cè)RF的阻值，示數(shù)如圖（b）所示，對(duì)應(yīng)的讀數(shù)是Ω；（2）適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2、R3，使電壓傳感器示數(shù)為0，此時(shí)，RF的阻值為（用R1、R2、R3表示）；（3）依次將0.5g的標(biāo)準(zhǔn)砝碼加載到壓力傳感器上（壓力傳感器上所受壓力大小等于砝碼重力大?。x出電壓傳感器示數(shù)U，所測(cè)數(shù)據(jù)如下表所示：次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0.00.51.01.52.02.5電壓U/mV057115168220280根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（c）上描點(diǎn)，繪制U-m關(guān)系圖線；（4）完成前面三步的實(shí)驗(yàn)工作后，該測(cè)量微小壓力的裝置即可投入使用。在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F0，電壓傳感器示數(shù)為200mV，則F0大小是N（重力加速度取9.8m/s2，保留2位有效數(shù)字）；（5）若在步驟（4）中換用非理想毫伏表測(cè)量C、D間電壓，在半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器上施加微小壓力F1，此時(shí)非理想毫伏表示數(shù)為200mV，則F1（選填“＞”“＝”或“＜”）F0。三步穩(wěn)解題（1）分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪冒雽?dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量微小壓力的裝置。（2）確定實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)采用電橋法測(cè)量壓力傳感器的電阻；確定傳感器受到的壓力與對(duì)應(yīng)電壓的關(guān)系。（3）制定數(shù)據(jù)處理方案：當(dāng)電壓傳感器示數(shù)為0時(shí)，根據(jù)電橋中各電阻間的比例關(guān)系確定壓力傳感器的電阻。聽課記錄（2022·廣東高考12題）彈性導(dǎo)電繩逐步成為智能控制系統(tǒng)中部分傳感器的敏感元件。某同學(xué)測(cè)量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長(zhǎng)之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：（1）裝置安裝和電路連接如圖甲所示，導(dǎo)電繩的一端固定，另一端作為拉伸端，兩端分別用帶有金屬夾A、B的導(dǎo)線接入如圖乙所示的電路中。（2）導(dǎo)電繩拉伸后的長(zhǎng)度L及其電阻Rx的測(cè)量①將導(dǎo)電繩拉伸后，用刻度尺測(cè)量并記錄A、B間的距離，即為導(dǎo)電繩拉伸后的長(zhǎng)度L。②將滑動(dòng)變阻器R的滑片滑到最右端。斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)R，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到合適位置。記錄兩表的示數(shù)U和I1。③閉合S2，電壓表的示數(shù)（選填“變大”或“變小”）。調(diào)節(jié)R使電壓表的示數(shù)仍為U，記錄電流表的示數(shù)I2，則此時(shí)導(dǎo)電繩的電阻Rx＝（用I1、I2和U表示）。④斷開S1，增大導(dǎo)電繩拉伸量，測(cè)量并記錄A、B間的距離，重復(fù)