2020版高考物理一轮复习 第十一章 实验十二 传感器的简单使用课件 新人教版

实验十二传感器的简单使用高效演练强化提升研透命题点研透命题点命题点一热敏电阻的性质及应用某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图1所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示.t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3V，内阻不计)、电源E2(6V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200Ω)、滑动变阻器R2(0～500Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0～999.9Ω)、开关S、导线若干．为使该装置实现对30～80℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)．E2R2(2)实验发现电路不工作．某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图2所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)．C(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查．在图1中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)．不偏转偏转(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是______________．(填写各步骤前的序号)①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关，将电阻箱从电路中移除④合上开关，调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω⑤④②③①【解析】(1)如果电源用E1，则在t＝30℃时电路中的最大电流Im＝3199.5＋20A≈13.67mA15mA，故不能实现对此温度的控制，因此电源应选用E2；为了在t＝80℃时实现对温度的控制，设滑动变阻器阻值的最大值至少为R′，则6VR′＋20Ω＋49.1Ω＝0.015A，解得R′＝330.9Ω，因此滑动变阻器应选用R2.(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障，应将选择开关旋至C.(3)如果只有b、c间断路，说明b点与电源的负极间没有形成通路，a、b间的电压为零，表笔接在a、b间时，指针不偏转；c点与电源的负极间形成通路，a与电源的正极相通，a、c间有电压，因此两表笔接入a、c间时指针发生偏转．(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，应先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，并将阻值调至108.1Ω，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，直至观察到继电器的衔铁被吸合，这时断开开关，将电阻箱从电路中移除，将热敏电阻接入电路．因此操作步骤的正确顺序是⑤④②③①.1热敏电阻：热敏电阻的特点相对金属热电阻，对温度变化更敏感.2热敏电阻分为正温度系数和负温度系数两种热敏电阻，正温度系数的热敏电阻，温度越高，电阻越大；负温度系数的热敏电阻，温度越高，电阻越小.命题点二光敏电阻的性质及应用为了节能环保，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，照度的单位为lx)．(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图象可求出照度为1.0lx时的电阻约为________kΩ.2.0照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ5.83.72.82.31.8(2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电，为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．A、B【答案】(2)如图所示(3)用多用电表的欧姆挡选“×10”的倍率，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示，则线圈的电阻为________Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10Ω，2A)、R2(0～200Ω，1A)、R3(0～1750Ω，0.1A)．要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”)．为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻．140R3减小【解析】(1)从图中读出对应于照度为1.0lx时的纵坐标可得对应电阻值．(2)天亮时光照强度增大，光敏电阻的阻值减小，电磁铁中电流增大，磁场增强，吸引衔铁向下与C接通，灯熄灭，故灯泡应接在A、B之间．实验连接图见答案．(3)多用电表读数为140Ω.路灯点亮时电磁铁中电流小于2mA，则电路中总阻值R＝EI3kΩ，此时光敏电阻的阻值小于2kΩ，则滑动变阻器接入电路中的阻值应不小于1kΩ，故应选用R3.由于电磁铁中电流在减小到2mA时才能放开衔铁，路灯才能发光，故在路灯开始发光时控制电路中总电阻是一定的，要使天色更暗时才点亮路灯，则要求在控制电路中的电流达到2mA时光敏电阻的阻值更大，故滑动变阻器接入电路中的阻值应减小．光敏电阻的特点(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．命题点三传感器的实际应用考向1力传感器的应用(2019·衡水模拟)某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压．(1)如图所示，E为直流电源，S为开关；R为滑动变阻器；V为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图．(2)若将质量为m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U0；然后取下砝码，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m＝________.UU0·m0【解析】(1)要求力电转换传感器的输入电压可调，并且可使电压的调节范围尽可能大，所以滑动变阻器采用分压式接法，如图所示．(2)由以上测量的原理可知，U0＝km0g，U＝kmg得：m＝UU0·m0考向2磁传感器的应用“用霍尔元件测量磁场”的实验中，把载流子为带负电的电子e的霍尔元件接入电路，如图甲所示，电流为I，方向向右，长方体霍尔元件长、宽、高分别为a＝6.00mm、b＝5.00mm、c＝0.20mm，处于竖直向上的恒定匀强磁场中．(1)前后极板M、N，电势较高的是________(选填“M极”或“N极”)．(2)某同学在实验时，改变电流的大小，记录了不同电流下对应的UH值，如表所示：I/mA1.32.23.03.74.4UH/mV10.217.323.629.134.6请根据表格中的数据，在坐标乙中画出UH­I图象．已知该霍尔元件单位体积中自由载流子个数为n＝6.25×1019m－3，则根据图象，由公式I＝nebcv，可算出磁场B＝________T(保留2位有效数字)．M极0.016(3)有同学认为UHI代表了霍尔元件的电阻，请问这种想法正确吗？请说明理由：________________________________.不正确，电流I不是由UH产生的【解析】(1)因电子的运动方向与电流方向相反，依据左手定则，可知，电子受到的洛伦兹力方向偏向N极，那么M极的电势偏高．(2)依据表格数据，作出UH­I图象，如图所示：根据eUHb＝eBv，则有：UH＝Bbv，而I＝nebcv，可得，UH＝BnecI，然而依据UH­I图象，可知，其斜率为k≈7.8；因此磁场B＝7.8×6.25×1019m－3×1.6×10－19×0.2×10－3＝0.016T.(3)UH是外电压，那么UHI代表了外电阻，而霍尔元件的电阻，即为内电阻，因此不正确，原因电流I不是由UH产生的．传感器的工作原理和工作流程(1)传感器的一般应用模式：由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理．(如图所示)(2)工作过程：敏感元件将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量，如下：非电学物理量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量→输出高效演练强化提升1．角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示．当系统绕轴OO′转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源．已知A的质量为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，系统静止时P在B点，当系统以角速度ω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减小而减小C．弹簧的伸长量为x＝mωlk－mω2D．输出电压U与ω的函数式为U＝Emω2k－mω2D解析：系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC的电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，与角速度无关，故A、B项错误；设系统在水平面内以角速度ω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：kx＝mω2(l＋x)，x＝mω2lk－mω2，又输出电压U＝RBPRBCE＝xlE，联立两式得U＝mω2Ek－mω2，故C项错误，D项正确．2．(2019·湖南株洲一模)在磁场中放置一块矩形通电导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上产生电势差，这个现象叫霍尔效应，所产生的电压叫霍尔电压．图甲为霍尔效应的原理示意图，图中霍尔电压UH＝kIBd，如图乙所示，在自行车的前叉上固定一霍尔元件，在前轮辐条上安装一块磁铁，这样，轮子每转一周，磁铁就靠近霍尔传感器一次，便可测出某段时间内的脉冲数，从而得到自行车的平均速度并通过速度计显示出来，设自行车前轮的半径为R，磁铁到前轮转轴的距离为r，则下列说法正确的是()CA．若霍尔元件的载流子是负电荷，则图甲中C端电势高于D端电势B．如果长时间不更换传感器的电池，霍尔电压会越来越大C．如果在时间t内得到的脉冲数为N，则自行车骑行的平均速度为2πNRtD．若前轮漏气，则速度计测得的骑行速度比实际速度偏小解析：霍尔元件是一块金属导体，则载流子是自由电子，根据左手定则，当通入图中所示方向的电流时，实际上是自由电子向外运动，其受洛伦兹力方向向左，自由电子累积到C端，C端电势低，故A错误．若长时间不更换电池，则通过霍尔元件的电流I将减小，据UH＝kIBd，可知霍尔电压将减小，故B错误．如果在时间t内得到的脉冲数为N，则自行车的转速为n＝Nt，速度v＝2πnR＝2πNRt，故C正确．若前轮漏气，导致前轮半径比录入到速度计中的参数偏小，那么单位时间测得的脉冲数会增多，则速度计测得的骑行速度偏大，故D错误．3．(2019·河南周口模拟)如图所示，图甲为热敏电阻的R­t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个用于恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω.当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电源的电动势E＝9.0V，内阻不计，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源，则：(1)应该把恒温箱内的加热器接在__________(填“A、B端”或“C、D端”)．(2)如果要使恒温箱内的温度保持50℃，可变电阻R′的阻值应调节为_________Ω.A、B端260解析：(1)恒温箱内的加热器应该接在A、B端．当线圈中的电流较小时，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．(2)随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变