2020高考物理一轮总复习 第十一章 交变电流 传感器 实验课 传感器的简单使用课件 新人教版

第十一章交变电流传感器传感器的简单使用栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识1．研究热敏电阻的热敏特性2．研究光敏电阻的光敏特性二、数据处理1．研究热敏电阻的热敏特性(1)在RT­t坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．(2)结论：半导体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)根据记录数据分析光敏电阻的特性．(2)结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大．三、注意事项1．在做热敏实验时，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．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度．3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一热敏电阻的原理及应用——师生共研|研典例|【例】某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在实物图1上连线．(2)实验的主要步骤：①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________，断开开关；③重复第②步操作若干次，测得多组数据．(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图2所示的R­t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R­t关系式：R＝________＋________t(Ω)．[解析](1)(2)见答案．(3)根据R＝UI就可求出不同温度下热敏电阻的阻值，并据此绘得R­t图线．在图线上取两点，当t1＝10℃时，R1＝104Ω，当t2＝60℃时，R2＝124Ω，R­t图线的斜率为R2－R1t2－t1＝0.4；将图线延长，图线交于原点，说明t＝0℃时的电阻为100Ω，故R­t关系式为R＝100＋0.4t(Ω)．[答案](1)如图所示(2)②读取温度计示数读取电压表示数(3)1000.4|练高分|1．(2016年北京卷)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)．解析：由R­t图象可知，热敏电阻在温度上升时电阻减小，则导电能力增强．相对金属热电阻，热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大，则热敏电阻对温度变化的响应更敏感．答案：增强敏感2．如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I­U关系曲线图．(1)为了通过测量得到如图所示I­U关系的完整曲线，如图所示的a和b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)在图c所示的电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1＝250Ω.则热敏电阻两端的电压为________V；电阻R2的阻值为________Ω.解析：由于图中要求测量多组数据，所需电压调节范围较大，且从零开始变化，所以应选用分压电路，即图a；根据欧姆定律可以先求出R1的电流I1＝36mA，所以热敏电阻和R2电流为I2＝I－I1＝34mA，由图可读出热敏电阻在34mA时的电压为5.1V，则R2两端电压为3.9V，即可求出R2＝114.7Ω.答案：(1)a电压可从0V调到所需电压，调节范围较大(2)5.1114.7(114.4～114.9均可)3．(2018届广东佛山一中模拟)如图甲表示某电阻R随摄氏温度t变化的关系，图中R0表示0℃时的电阻，K表示图线的斜率．若用该电阻与电池(E，r)、电流表Rg、变阻器R′串连起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到了一个简单的“电阻测温计”．(1)实际使用时要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值，若温度t1t2，则t1的刻度应在t2的________(选填“左”或“右”)侧．(2)在标识“电阻测温计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系．请用E、R0、K等物理量表示所测温度t与电流I的关系式：t＝________.(3)由(2)知，计算温度和电流的对应关系，需要测量电流表的内阻(约为200Ω)．已知实验室有下列器材：A.电阻箱(0～99.99Ω)；B.电阻箱(0～999.9Ω)；C.滑动变阻器(0～20Ω)；D.滑动变阻器(0～20kΩ)．此外，还有电动势合适的电源、开关、导线等．请在方框内设计一个用“半偏法”测电流表内阻Rg的电路；在这个实验电路中，电阻箱应选________；滑动变阻器应选________．(只填代码)解析：(1)由题图甲可知，金属温度升高电阻增大，电流计电流减小，可知t1刻度应在t2的右侧．(2)由闭合电路欧姆定律知E＝I(R＋R′＋Rg＋r)由甲图知：R＝R0＋Kt解得t＝EKI－1K(Rg＋r＋R′＋R0)．(3)采用半偏法测电阻时，电阻箱的最大阻值应该大于电流表的内阻，同时滑动变阻器应该选择阻值较大的，故电阻箱选择B，滑动变阻器选择D.电路图如图所示．答案：(1)右(2)EKI－1K(Rg＋r＋R′＋R0)(3)电路图见解析BD考点二光敏电阻的应用——师生共研|研典例|【例】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(kΩ)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2V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1.0lx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)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．[解析](1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图1所示，阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小．(2)电源电动势为3V，当光敏电阻阻值为20kΩ时，其两端电压为2V，则U＝RPRP＋R·E，解得R＝10kΩ，故选择电阻R1，实验电路如图2所示．[答案](1)如图1所示光敏电阻的阻值随温度的增大非线性减小(2)如图2所示|练高分|1．(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，如下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，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0.2m，则下列说法正确的是()A．传送带运动的速度是0.1m/sB．传送带运动的速度是0.2m/sC．该传送带每小时输送3600个工件D．该传送带每小时输送7200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＝0.21m/s＝0.2m/s，A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为x＝vt＝0.2×3600m，工件个数为n＝xL＝3600个，C正确，D错误．2．为了测定光敏电阻RL的光敏特性．(1)某同学使用多用电表“×100”的欧姆挡测其大致电阻，示数如图甲所示，则所测得的阻值RL＝________Ω.(2)为了比较光敏电阻在正常光照射和强光照射时电阻的大小关系，采用伏安法测电阻得出两种“U­I”图线如图乙所示，由图线可知正常光照射时光敏电阻阻值为________Ω，强光照射时光敏电阻阻值为________Ω.(3)若实验中所用电压表内阻约为5kΩ，电流表内阻约为100Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，图丙电路对________(填“正常光”或“强光”)照射时测得的误差较小．请根据图丙将图丁中的仪器连接成完整实验电路．解析：(1)由题图甲所示可知，指针所指的示数为32，故阻值RL＝3200Ω.(2)由题图乙所示图象可知，正常光照射时光敏电阻阻值RL＝UI＝2.40.8×10－3Ω＝3000Ω，强光照射时光敏电阻阻值RL′＝U′I′＝0.84.0×10－3Ω＝200Ω.(3)由题图丙所示电路图可知，电流表采用外接法，待测电阻阻值越小，实验误差越小，因此图丙电路对强光照射时测得的误差较小；根据电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示：答案：(1)3200(2)3000200(3)强光见解析图3．(2019届临沂模拟)一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ，当供电电压等于24V时能正常工作，否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置，要求它在有光照时能产生臭氧，在黑暗时不产生臭氧，拟用一个光敏电阻R1对它进行控制，R1的阻值在有光照时为100Ω，黑暗时为1000Ω，允许通过的最大电流为3mA；电源E的电压为36V，内阻不计；另有一个滑动变阻器R2，阻值为0～100Ω，允许通过的最大电流为0.4A；一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示．设计一个满足上述要求的电路图，图中各元件要标上字母代号，其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内)．解析：由题意可知，电源电压大于臭氧发生器正常工作电压．为了能控制臭氧发生器，应该用滑动变阻器的分压式接法，有光照时P能正常工作，无法照时P不工作．电路图如图所示．答案：见解析图考点三实验改进与创新——师生共研|记要点|创新角度实验装置图创新解读实验原理的创新(2016·全国卷Ⅰ)1.利用热敏电阻来控制电路，使之成为温度报警系统，在设置报警温度时，借助于电阻箱进行电阻设置，使之达到报警的温度．2.可以设计成可调温度的报警器．实验器材的创新(2018·全国卷Ⅰ)1.把传感器与闭合电路问题结合．2.用替代法测量不同温度下金属的电阻，比伏安法更准确．3.描绘R­t的特性曲线，并由曲线推导R­t的关系式.|研典例|【例】(2018年全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25～80℃范围内某热敏电阻的温度特性．所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表(量程150mV)；定值电阻R0(阻值20.0Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2.实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃.将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数．逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃.实验得到的R2­t数据见下表.t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题：(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到________(