2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 傳感器 第3講 實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡單應(yīng)用學(xué)案

1、第3講實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡單應(yīng)用微知識1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解傳感器的工作過程，掌握敏感元件的特性。2學(xué)會(huì)傳感器的簡單使用。微知識2 實(shí)驗(yàn)原理傳感器是將它感受的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)，其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可以達(dá)到自動(dòng)控制、遙控等各種目的了。微知識3 實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻，光敏電阻，燒杯，溫度計(jì)，熱水，多用電表，小燈泡，學(xué)生電源，開關(guān)與導(dǎo)線，滑動(dòng)變阻器，鐵架臺，光電

2、計(jì)數(shù)器。微知識4 實(shí)驗(yàn)步驟1研究熱敏電阻的熱敏特性(1)按圖所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理，多用電表的選擇開關(guān)置于“100”擋。(2)先用多用電表測出燒杯中沒有熱水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)。(3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值。(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄。(5)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，分析熱敏電阻的特性。2研究光敏電阻的光敏特性(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按圖所示電路連接好，其中多用電表置于“1 k”擋。(2)先測出小燈泡不發(fā)光時(shí)光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)。(3)打開

3、電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度，使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。(4)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，分析光敏電阻的特性。3將手掌或一個(gè)厚紙板插入光源和光電計(jì)數(shù)器之間，觀察、分析光電計(jì)數(shù)器的工作原理。微知識5 數(shù)據(jù)處理根據(jù)上面記錄的數(shù)據(jù)，完成以下表格內(nèi)容。1研究熱敏電阻的熱敏特性2.研究光敏電阻的光敏特性微知識6 注意事項(xiàng)1熱敏電阻、燒杯、溫度計(jì)容易破損，實(shí)驗(yàn)中注意輕拿輕放。2光電計(jì)數(shù)器、小燈泡的額定電壓比較小(不超過6 V)，實(shí)驗(yàn)中切忌超過其額定電壓損壞器材。3燒杯中加水時(shí)，要等熱敏電阻溫度穩(wěn)定后再測量其阻值。一、思維辨析(判斷正誤，正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“”。)1熱敏電阻的阻值隨

4、溫度的升高而減小。()2金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而減小。()3光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而增大。()二、對點(diǎn)微練1(傳感器的原理)(多選)關(guān)于傳感器的作用，下列說法正確的有()A通常的傳感器可以直接用來進(jìn)行自動(dòng)控制B傳感器可以用來采集信息C傳感器可以將感受到的一些信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)量D傳感器可以將所有感受到的信號都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量解析傳感器是將感受到的非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的儀器，不同的傳感器感受不同的信號，B、C項(xiàng)對。答案BC2(熱敏電阻)如圖所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻)，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)()AR1兩端的電壓

5、增大B電流表的示數(shù)增大C小燈泡的亮度變強(qiáng)D小燈泡的亮度變?nèi)踅馕鰷囟冉档蜁r(shí)R2增加，干路電流減小，R1兩端電壓、電流表示數(shù)都減小，燈泡兩端電壓變大、亮度變強(qiáng)。答案C3(光敏電阻)街旁的路燈、江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的()A壓敏性B光敏性C熱敏性 D三種特性都利用解析街旁的路燈和江海里的航標(biāo)，都是利用了半導(dǎo)體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻小，控制了電路的通斷。答案B見學(xué)生用書P178微考點(diǎn)1熱敏電阻的原理及應(yīng)用核|心|微|講金屬熱電阻和熱敏電阻金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱

6、電阻。與金屬不同的是有些半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強(qiáng)，故可以用半導(dǎo)體材料制成熱敏電阻。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。典|例|微|探【例1】某同學(xué)嘗試把一個(gè)靈敏電流表改裝成溫度表，他所選用的器材有：靈敏電流表(待改裝)，學(xué)生電源(電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻不計(jì))，滑動(dòng)變阻器，單刀雙擲開關(guān)，導(dǎo)線若干，導(dǎo)熱性能良好的防水材料，標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，PTC熱敏電阻Rt(PTC線性熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關(guān)系為Rtakt，a0，k0)。設(shè)計(jì)電路圖如圖所示，并按如下步驟進(jìn)行操作。(1)按電路圖連接好實(shí)驗(yàn)器材。(2)將滑動(dòng)變阻器滑片P滑到_(填“a”或“b”)端，單刀雙擲開關(guān)S擲

7、于_(填“c”或“d”)端，調(diào)節(jié)滑片P使電流表_，并在以后的操作中保持滑片P位置不動(dòng)，設(shè)此時(shí)電路總電阻為R，斷開電路。(3)容器中倒入適量開水，觀察標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，每當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)示數(shù)下降5 ，就將開關(guān)S置于d端，并記錄此時(shí)的溫度t和對應(yīng)的電流表的示數(shù)I，然后斷開開關(guān)。請根據(jù)溫度表的設(shè)計(jì)原理和電路圖，寫出電流與溫度的關(guān)系式I_(用題目中給定的符號表示)。(4)根據(jù)對應(yīng)溫度記錄的電流表示數(shù)，重新刻制電流表的表盤，改裝成溫度表。根據(jù)改裝原理，此溫度表表盤刻度線的特點(diǎn)：低溫刻度在_(填“左”或“右”)側(cè)，刻度線分布是否均勻？_(填“是”或“否”)。【解題導(dǎo)思】(1)滑動(dòng)變阻器為分壓式接法還是限流式接法？閉

8、合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻值是最大還是最??？答：滑動(dòng)變阻器應(yīng)為限流式接法，閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻值最大。 (2)低溫刻度在表盤的左側(cè)還是右側(cè)？答：溫度越低，電阻越小，回路中I越大，所以低溫度刻度在右側(cè)。 解析(2)分析電路可知滑動(dòng)變阻器為限流式接法，所以閉合開關(guān)前，使它的阻值處于最大值狀態(tài)，即將滑片P滑到a端。為了設(shè)計(jì)表盤刻度，應(yīng)使開關(guān)擲于c處，調(diào)節(jié)滑片，使電流表滿偏。(3)把開關(guān)置于d端，根據(jù)閉合電路歐姆定律得I，又Rtakt，聯(lián)立得出電流與溫度的關(guān)系式為I。(4)因?yàn)镽takt(且a0，k0)，所以溫度越低，電阻越小，回路中I越大，所以低溫度刻度在右側(cè)，由(3)中關(guān)系

9、式可知電流與溫度不是線性關(guān)系，所以刻度線分布不均勻。答案(2)ac滿偏(3)(4)右否題|組|微|練1如圖所示是在溫度為10 左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R120 k，R210 k，R340 k，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖所示，當(dāng)a、b端電壓Uab0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)Uab0時(shí)，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度大約恒定在_，并簡述其原理。解析當(dāng)Uab0時(shí)，設(shè)通過R1與R2的電流是I1，通過R3及Rt的電流是I2，則有I1R1I2R3、I1R2I2Rt，兩式相比得RtR320 k，從圖可得，

10、Rt20 k時(shí)對應(yīng)的溫度約是35 。其原理為當(dāng)熱敏電阻的溫度(即恒溫箱內(nèi)的溫度)高于35 時(shí)，其電阻將小于20 k，則I2將增大，R3兩端電壓增大，b點(diǎn)電勢將降低，使得Uab0，據(jù)題意，此時(shí)電壓鑒別器使S斷開，電熱絲停止工作，溫度就逐漸降低；當(dāng)熱敏電阻的溫度低于35 時(shí)，其電阻將大于20 k，則I2將減小，R3兩端電壓減小，b點(diǎn)電勢將升高，使得Uab0，據(jù)題意，此時(shí)電壓鑒別器使S閉合，電熱絲工作，溫度又逐漸升高。這樣，就使得恒溫箱內(nèi)的溫度大約恒定在35 了。答案35原理見解析2如圖所示，圖甲為熱敏電阻的Rt圖象，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100 。

11、當(dāng)線圈的電流大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢E9.0 V，內(nèi)阻不計(jì)。圖中的“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端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50 ，可變電阻R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為_。解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。當(dāng)線圈中的電流較小時(shí)，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高。隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當(dāng)線圈的電流大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低。隨著恒

12、溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻R的阻值變大，則線圈中的電流變小，當(dāng)線圈的電流小于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度。要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50 ，即50 時(shí)線圈內(nèi)的電流為20 mA。由閉合電路歐姆定律I，r為繼電器的電阻。由題圖甲可知，50 時(shí)熱敏電阻的阻值為90 ，所以R(rR)260 。答案(1)A、B端(2)260微考點(diǎn)2光敏電阻的原理及應(yīng)用核|心|微|講光敏電阻在被光照射時(shí)電阻發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大。典|例|微|探【例2】為了節(jié)能環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制

13、，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度的單位為lx)。(1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如下表，根據(jù)表中已知數(shù)據(jù)，在如圖甲的坐標(biāo)系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線。由圖象可求出照度為1.0 lx時(shí)的電阻約為_k。照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/k5.83.72.82.31.8(2)如圖乙所示是街道路燈自動(dòng)控制模擬電路，利用直流電源為電磁鐵供電，利用照明電源為路燈供電。為達(dá)到天亮燈熄、天暗燈亮的效果，路燈應(yīng)接在_(填“A、B”或“B、C”)之間，請用筆畫線代替導(dǎo)線，正確連接電路元件。(3)用多用電表的歐姆擋選“10”的倍率，按

14、正確步驟測量圖中電磁鐵線圈電阻時(shí)，指針示數(shù)如圖丙所示，則線圈的電阻為_。已知當(dāng)線圈中的電流大于或等于2 mA時(shí)，繼電器的銜鐵將被吸合。圖中直流電源的電動(dòng)勢E6 V，內(nèi)阻忽略不計(jì)，滑動(dòng)變阻器有三種規(guī)格可供選擇：R1(010 ，2 A)、R2(0200 ，1 A)、R3(01 750 ，0.1 A)。要求天色漸暗照度降低至 1.0 lx時(shí)點(diǎn)亮路燈，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇_(填“R1”“R2”或“R3”)。為使天色更暗時(shí)才點(diǎn)亮路燈，應(yīng)適當(dāng)?shù)豞(填“增大”或“減小”)滑動(dòng)變阻器的電阻。【解題導(dǎo)思】光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大如何變化？答：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小。 解析(1)從圖中讀出對應(yīng)于照

15、度為1.0 lx時(shí)的縱坐標(biāo)可得對應(yīng)電阻值。(2)天亮?xí)r光照強(qiáng)度增大，光敏電阻的阻值減小，電磁鐵中電流增大，磁場增強(qiáng)，吸引銜鐵向下與C接通，燈熄滅，故燈泡應(yīng)接在A、B之間。實(shí)驗(yàn)連接圖見答案。(3)多用電表讀數(shù)為 140 。路燈點(diǎn)亮?xí)r電磁鐵中電流小于2 mA，則電路中總阻值R3 k，此時(shí)光敏電阻的阻值小于2 k，則滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)不小于1 k，故應(yīng)選用R3。由于電磁鐵中電流在減小到2 mA時(shí)才能放開銜鐵，路燈才能發(fā)光，故路燈發(fā)光時(shí)控制電路中總電阻是一定的，要使天色更暗時(shí)才點(diǎn)亮路燈，則要求在控制電路中的電流達(dá)到2 mA時(shí)光敏電阻的阻值更大，故滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值應(yīng)減小。答案(1)2

16、.0(2)A、B如圖所示(3)140R3減小題|組|微|練3.(多選)如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)示意圖，被計(jì)數(shù)的制品放在傳送帶上，光源安裝在傳送帶一側(cè)，光電計(jì)數(shù)裝置(信息處理系統(tǒng))安裝在傳送帶的另一側(cè)，其中R1是光敏電阻，R2是定值電阻，每當(dāng)有制品通過時(shí)，光被擋住，計(jì)數(shù)器就自動(dòng)把制品數(shù)目記錄下來。關(guān)于此光電計(jì)數(shù)器的運(yùn)用，下列說法正確的是()A當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓B當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓C信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次D信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次解析當(dāng)有光照到R1時(shí)，R1電阻率降低，電阻變小，電路電流變大，定值電阻R2兩端電壓變大，所以R

17、1分得的電壓要變小，與之并聯(lián)的信號處理系統(tǒng)電壓也會(huì)變?。煌?，當(dāng)有制品通過時(shí)，照向R1的光被制品擋住，R1電阻率變大，其電阻隨之變大，信號處理系統(tǒng)獲得較高電壓，所以正確答案是AC。答案AC4為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻ROS在不同照度下的阻值如下表所示：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)趫D中給定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。

18、(2)如圖所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡單電路給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗、照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計(jì)電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻ROS(符號，阻值見上表)直流電源E(電動(dòng)勢3 V，內(nèi)阻不計(jì))；定值電阻：R110 k，R220 k ，R340 k (限選其中之一并在圖中標(biāo)出)開關(guān)S及導(dǎo)線若干。解析(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線，得到如圖所示的變化曲線。由圖可知阻值隨照度變化的特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大非線性減小。(2)因天色漸暗、照度降

19、低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，此時(shí)光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 V，電源電動(dòng)勢為3 V，故應(yīng)加上一個(gè)分壓電阻，分壓電阻阻值為10 k，即選用R1。此電路的原理圖如圖所示。答案見解析見學(xué)生用書P1801(多選)如圖，電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場，在觸摸屏幕時(shí)，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)特殊電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位

20、置。由以上信息可知，下列說法正確的是()A電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指B當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越大C當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越小D當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指和屏的接觸面積的大小影響電容的大小解析電容式觸摸屏在原理上把人的手指當(dāng)作一個(gè)電容器元件的一個(gè)極板，把導(dǎo)體層當(dāng)作另一極板，故選項(xiàng)A正確；手指和屏的接觸面積大小會(huì)影響到電容大小，接觸面積越大，即兩極板的正對面積越大，電容越大，故選項(xiàng)B、D正確，C錯(cuò)誤。答案ABD2如圖甲為某一熱敏電阻(電阻值隨溫度的改變而改變，且對溫度很敏感)的IU關(guān)系曲線圖。(1)為了通過測量得到如圖甲所示的IU關(guān)系的完整曲

21、線，在圖乙(a)和(b)兩個(gè)電路中應(yīng)選擇的是圖_；簡要說明理由：_。(電源電動(dòng)勢為9 V，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的阻值為0100 )(2)在如圖丙所示電路中，電源電壓恒為9 V，電流表讀數(shù)為70 mA，定值電阻R1250 。由熱敏電阻的IU關(guān)系曲線可知，熱敏電阻兩端的電壓為_V；電阻R2的阻值為_。解析(1)應(yīng)選擇圖(a)，因?yàn)閳D(a)電路電壓可從0 V調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大。(2)由題圖知R2與熱敏電阻串聯(lián)后，與R1并聯(lián)接在9 V電源上，總電流I70 mA，R1250 。設(shè)通過熱敏電阻的電流為I2，通過R1的電流為I1，則II1I2，故I2II1mA34 mA。由圖象查得34 mA對應(yīng)的電壓為5.2 V，R2兩端電壓U29.0 V5.2 V3.8 V，所以R2111.8 。答案(1)(a)因?yàn)?a)電路電壓可從0 V調(diào)到所需電壓，電壓調(diào)節(jié)范圍大(2)5.2111.83