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教案新人教版.docx

实验十二传感器的简单使用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15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控继电器的电阻约20 ，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/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干为使该装置实现对3080 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”)(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”)(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”)(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)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 【解析】(1)如果电源用E1，则在t30 时电路中的最大电流Im A13.67 mA3 k，此时光敏电阻的阻值小于2 k，则滑动变阻器接入电路中的阻值应不小于1 k，故应选用R3.由于电磁铁中电流在减小到2 mA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2 mA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【答案】(1)2.0(2)A、B如图所示(3)140R3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_.【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，U0km0g，Ukmg得：mm0【答案】(1)见解析图(2)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a6.00 mm、b5.00 mm、c0.20 mm，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n6.251019 m3，则根据图象，由公式Inebcv，可算出磁场B_T(保留2位有效数字)(3)有同学认为代表了霍尔元件的电阻，请问这种想法正确吗？请说明理由：_.【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eeBv，则有：UHBbv，而Inebcv，可得，UHI，然而依据UHI图象，可知，其斜率为k7.8；因此磁场B7.86.251019 m31.610190.21030.016 T.(3)UH是外电压，那么代表了外电阻，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【答案】(1)M极(2)图象见解析图0.016(3)不正确，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：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，当系统以角速度转动时，则(D)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xD输出电压U与的函数式为U解析：系统在水平面内以角速度转动时，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：kxm2(lx)，x，又输出电压UEE，联立两式得U，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，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(C)A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D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，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，速度v2nR，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100 .当线圈的电流大于或等于20 mA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E9.0 V，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A、B端(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，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方，使恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度要使恒温箱内的温度保持50 ，即50 时线圈内的电流为20 mA，由闭合电路欧姆定律有I，r为继电器的电阻由题图甲可知，50 时热敏电阻的阻值为90 ，所以RRr260 .4(1)为了测定光敏电阻Rx的光敏特性，某同学使用多用表“100”的欧姆挡测其在正常光照下的大致电阻，示数如图甲所示，则所测得的阻值Rx3_200 .(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，由此可知正常光照射时光敏电阻阻值为3_000 ，强光照射时光敏电阻阻值为200 .(3)考虑到电表内阻对实验结果的影响，图丙电路中测量值小于(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值，请根据图丙将图丁中的仪器连接成完整实验电路答案：实物图见解析图解析：(1)所测得的阻值Rx32100 3 200 .(2)正常光照射时光敏电阻阻值为R1 3 000 ；强光照射时光敏电阻阻值为R2 200 .(3)根据R测R真，图丙电路中测量值小于真实值；实验电路如图所示5现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时，系统报警提供的器材有：热敏电阻、报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 )，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 )，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 )，单刀双掷开关一个，导线若干在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 时阻值为650.0 .(1)在下图中完成待调节的报警系统原理电路图的连接答案：如图所示(2)电路中应选用滑动变阻器R2(填“R1”或“R2”)(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为650.0 ；滑动变阻器的滑片应置于b(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是接通电源后，流过报警器的电流会超过20_mA，报警器可能损坏将开关向c(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器