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(课标通用)2021高考物理一轮复习 11 交变电流 传感器 实验十三 传感器的简单应用课件

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文档简介:

11交变电流传感器实验十三传感器的简单应用实验要点(一)研究热敏电阻的热敏特性一、基础知识二、数据处理1.根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性.2.在如图实13-1所示的坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.图实13-1三、实验结论根据实验数据和R-t图线,得出结论: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.(二)研究光敏电阻的光敏特性一、基础知识二、数据处理把记录的数据填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性.光照强度弱中强无光照射电阻(Ω)三、实验结论1.光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值小.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.四、注意事项1.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射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的.2.欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零.考点突破【例1】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999.9Ω),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1000Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω),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18V,Ic约为10mA;流过报警器的电流超过20mA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650.0Ω.(1)完成待调节的报警系统原理电路图实13-2的连线.图实13-2(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”).(3)按照下列步骤调节此报警系统:①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________Ω;滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是____________________________________________________________________________________________________________________.②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至_________________________________________________.(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用.【解析】第一问连电路图并不难,从图上看出有一个双向选择开关,则热敏电阻和电阻箱肯定是并联,其他的只要顺着连线就可以得到正确答案.第二问,要抓住两个关键的电流值,电流超过20毫安时报警器会损坏,达到10毫安时报警器就能报警,此时热敏电阻为650欧,故滑动变阻器需要的电阻超过1000欧,所以应该选择R2;本实验用电阻箱的目的是让电阻箱去替代热敏电阻,它的要求是热敏电阻到650欧的时候,报警器就会报警,热敏电阻是随着温度变化而变化的,用一个电阻箱,把电阻箱调到650欧,双向开关连电阻箱,然后调滑动变阻器,恰能让报警器报警,当热敏电阻接到电路中时,如果温度升到60度,热敏电阻阻值降到650欧姆,报警器也就能报警,这样我们设计的目的就达到了.【答案】(1)连线如图实13-3所示(2)R2图实13-3(3)①650.0b接通电源后,流过报警器的电流可能会超过20mA,损坏报警器②c报警器开始报警【例2】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,请在如图实13-4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)如图实13-4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,阻值见上表);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.图实13-4【解析】(1)描绘图象应注意:各点均匀分布在图线两侧,且图线应用平滑曲线,而不能成为各点的连线.光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图实13-5所示,电阻的阻值随光照度的增大而非线性减小.图实13-5(2)根据串联电阻的正比分压关系,E=3V,当照度降低至1.0lx时,其电压升至2V,由图线1知,此时光敏电阻RP=20kΩ,URP=2V,串联电阻分压UR=1V,由URPUR=RPR=2得R=RP2=10kΩ,故选定值电阻R1,电路原理图如图实13-6所示.图实13-6【答案】见解析【例3】(2019年北京海淀模拟)某种角速度计,其结构如图实13-7所示.当整个装置绕轴OO′转动时,元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号.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,装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端,当系统以角速度ω转动时,则()图实13-7A.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增大而减小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-mω2【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的总电阻不变,根据闭合电路欧姆定律得知,电路中的电流保持不变,故A、B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),又输出电压U=RBPRBCE=xlE,联立两式得x=mω2lk-mω2,U=Emω2k-mω2,故C错误,D正确.【答案】D变式训练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,如图实13-8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,如图实13-8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()图实13-8A.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: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.故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.答案:BC变式训练2某电容式话筒的原理示意图如图实13-9所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板,对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动,在P、Q间距增大过程中()图实13-9A.P、Q构成的电容器的电容增大B.P上电荷量保持不变C.M点的电势比N点的低D.M点的电势比N点的高解析:薄片P和Q为两金属极板,构成平行板电容器,由C=εrS4πkd可知,在P、Q间距增大过程中即d增大,电容C减小,选项A错误.电容器始终与电源连接.两极板电压不变.据电容的定义式C=QU知电荷量减少,选项B错误.Q板上的正电荷流向M点经N点到电源正极,故φM>φN,选项C错误,选项D正确.答案:D变式训练3压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图实13-10甲所示.将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球.小车向右做直线运动的过程中,电流表示数如图实13-10乙所示,下列判断正确的是()图实13-10A.从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动B.从t1到t2时间内,小车做匀加速直线运动C.从t2到t3时间内,小车做匀速直线运动D.从t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动解析:在t1~t2时间内,电路中电流持续增大,电阻不断变小,由压敏电阻的原理可知电阻所受压力持续变大,故小车的加速度变大,小车做变加速直线运动,选项A、B错误;在t2~t3时间内,由于电流比0~t1时间内的大且保持不变,说明压力保持不变,可知小车做匀加速直线运动,选项C错误,选项D正确.答案:D变式训练4(2017年高考·江苏卷)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实13-11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”).图实13-11(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,则应将如图实13-12所示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”).图实13-12(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查.在图实13-11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)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108.1Ω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≈13.67mA<15mA,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.答案:(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①(课标通用)2021高考物理一轮复习 11 交变电流 传感器 实验十三 传感器的简单应用课件

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