高考物理复习 专题02 传感器的简单使用问题知识点.doc

传感器的简单使用传感器的简单使用主要考查的内容主标题：传感器的简单使用副标题：剖析考点规律，明确高考考查重点，为学生备考提供简洁有效的备考策略。关键词：传感器难度：3重要程度：5内容：考点剖析：在现代生活中传感器的应用是相当广泛的， 如环境保护、交通运输、家庭生活、宇宙开发等。传感器主要担负着信息采集的任务，在自动控制和信息处理技术中发挥着重要的作用，常用的自动报警器、电视遥控器、红外探测仪等都离不开传感器。传感器是指一些能感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断的元器件。近几年传感器成为高考的一个新热点，其元器件也当然是高考考查的范围。传感器的元器件主要有光敏电阻、热敏电阻、金属热电阻、霍尔元件等。典型例题例1.传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻r1作为传感器制作的简单自动报警器原理图，则(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在_(选填“a”或“b”)。(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片p向_移动(选填“左”或“右”)。【解析】(1)a(2)左温度较高时，热敏电阻阻值减小，图乙中通电螺线管的磁性增强，将与弹簧相连的金属导体向左吸引，要使报警器所在电路接通并报警的话，开关应接在a。要实现温度更高时，即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通，应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大，即p向左移动。例2.如图所示，一热敏电阻rt 放在控温容器m内； a为毫安表，量程6 ma，内阻为数十欧姆；e为直流电源，电动势约为3 v，内阻很小；r为电阻箱，最大阻值为999.9 ；s为开关。已知rt 在95 时阻值为150 ，在20 时的阻值约为550 。现要求在降温过程中测量在95 20 之间的多个温度下rt 的阻值。（1）在图中画出连线，完成实验原理电路图。（2）完成下列实验步骤中的填空。 依照实验原理电路图连线。 调节控温容器m内的温度，使得rt 温度为95 。 将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。 闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数i0 ，并记录 。 将rt的温度降为t1 （20 t195 ），调节电阻箱，使得电流表的读数 ，记录 。 温度为t1时热敏电阻的电阻值rt1= 。 逐步降低t1的数值，直至20 为止，在每一温度下重复步骤。【解析】（1）如图所示。根据题图可知，图中只有一个直流电流表可以用来测量和观察，不可能用伏安法测量电阻，应该用替代法来测量电阻。将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，如图所示。已知热敏电阻rt阻值在95 和20 阻值，并且热敏电阻的初始温度为95 ，所以，当保持电流表示数不变时，总电阻保持不变，即闭合开关，调节电阻箱后，电阻箱和热敏电阻的阻值之和与rt 在95 时的阻值150 加上电阻箱的初始值之和相等。（2）电阻箱的读数；仍为，电阻箱的读数；。根据（1）可知，在这两种情况下，电流表的示数保持不变，可以列出等式, 联立以上两式解得。例3.用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻rt，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将rt和两个适当的固定电阻r1、r2连成图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻rl的阻值随rt所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下rl的阻值，测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大。rl的测量结果如表1所示。图1温度t()30.040.050.060.070.080.090.0rl阻值（）54.351.548.344.741.437.934.7表1（1）根据图1所示的电路，在图2所示的实物图上连线。图2(2)为了检验rl与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作出rl-t关系图线。 (3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3、4所示。电流表的读数为_，电压表的读数为_。此时等效电阻rl的阻值为_；热敏电阻所处环境的温度约为_。图3 图4【解析】（1）连线如图所示 。（2）rl-t关系曲线如图所示。（3） 115 ma ，5.00 v， 43.5 ，64.0 。因为电流表的最小刻度为5 ma，故读数时只需要精确到1 ma，所以电流表的读数为115 ma；而电压表的最小刻度为0.1 v，故读数时要估读到0.01 v，所以电压表的读数为5.00 v。等效电阻，结合图像可知热敏电阻所处环境的温度约为64.0 。例4.青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0，照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 ma时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 ma时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 ma。（1）利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。光敏电阻，符号r1；灯泡l，额定功率40 w，额定电压36 v，符号l；保护电阻,符号r2；电磁开关，符号1234；蓄电池e，电压36 v，内阻很小；开关s；导线若干。（2）回答下列问题：如果励磁线圈的电阻为200，励磁线圈允许加的最大电压为 v，保护电阻的阻值范围为 。在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明。答： 。任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。答： 。【解析】（1）电路原理如图所示。要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，则电路图如图所示。（2）由u=ir得励磁线圈允许加的最大电压为u=imr=0.1200 v=20 v；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得，因此保护电阻的阻值范围为160320 ；把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通：不吸合时，3、4之间断开。电磁起重机例5.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）。某光敏电阻在不同照度下的阻值如下表：照度（lx）0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018（1）根据表中数据，请在给定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）如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 v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1.0(lx)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（符号，阻值见上表）；直流电源e(电动势3 v，内阻不计)；定值电阻r1=10 k，r2=20 k，r3=40 k（限选其中之一并在图中标出）；开关s及导线若干。【