2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 交變電流 傳感器 實(shí)驗(yàn)專題(十三)第58講 傳感器的簡單使用學(xué)案(含解析)
《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 交變電流 傳感器 實(shí)驗(yàn)專題(十三)第58講 傳感器的簡單使用學(xué)案(含解析)》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 交變電流 傳感器 實(shí)驗(yàn)專題(十三)第58講 傳感器的簡單使用學(xué)案(含解析)(22頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第58講 傳感器的簡單使用 考點(diǎn)一 光敏電阻 研究光敏電阻的光敏特性 1.實(shí)驗(yàn)原理 閉合電路歐姆定律,用多用電表進(jìn)行測量和觀察。 2.實(shí)驗(yàn)器材 光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線、電源。 3.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器、電源按如圖所示電路連接好,其中多用電表置于“×100”擋; (2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)據(jù); (3)打開電源,讓小燈泡發(fā)光,調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮,觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況,并記錄; (4)用手掌(或黑紙)遮光時,觀察多用電表表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況,并記
2、錄。 4.?dāng)?shù)據(jù)處理 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 (1)光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大,強(qiáng)光照射下電阻值很?。? (2)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。 6.注意事項(xiàng) (1)實(shí)驗(yàn)中,如果效果不明顯,可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中,并通過蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的多少來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? (2)歐姆表每次換擋后都要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零。 (2018·濟(jì)南模擬)光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱,光越強(qiáng)照度越大,照度單位為lx)。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如表:
3、(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),請?jiān)诮o定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線。 (2)光敏電阻的阻值隨照度變化的特點(diǎn)是______________________。 (3)如圖所示,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時,控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。直流電源電動勢E=3 V,內(nèi)阻不計(jì);光敏電阻RP(符號,阻值見表格);定值電阻R1=10 kΩ。求當(dāng)天色漸暗照度降低至________lx時啟動照明系統(tǒng)。并將電路圖補(bǔ)充完整。(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計(jì)電路的影響) 解析 (1)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點(diǎn),然后根據(jù)描出的點(diǎn)作出圖象,圖象如圖所示。 (2)由第(1)問答圖可以看出,光敏電阻的阻
4、值隨照度變化的特點(diǎn)是:光敏電阻的阻值隨照度的增大非線性減小。 (3)由題意,天色越暗,光敏電阻阻值越大,1、2兩端電壓越大,故1、2兩端之間接光敏電阻,電路圖如圖所示。當(dāng)光敏電阻兩端電壓為2 V時,定值電阻兩端電壓為1 V,由串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)得: ==,則RP=2R1=2×10 kΩ=20 kΩ。 由表格中的數(shù)據(jù)可知,當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0 lx時光敏電阻阻值為20 kΩ,兩端電壓為2 V,會啟動照明系統(tǒng)。 答案 (1)圖見解析 (2)光敏電阻的阻值隨照度的增大非線性減小 (3)1.0 電路圖見解析 方法感悟 在設(shè)計(jì)光控電路時,光敏電阻是其中最核心的元件。 電
5、控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度,將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9 V的電源上,光敏電阻阻值隨光強(qiáng)變化關(guān)系如表所示: [“光強(qiáng)”是表示光強(qiáng)弱程度的物理量,符號為E,單位為坎德拉(cd)] (1)當(dāng)光照強(qiáng)度為4坎德拉(cd)時光敏電阻Rx的大小為________ Ω。 (2)其原理是光照增強(qiáng),光敏電阻Rx阻值變小,施加于玻璃兩端的電壓降低,玻璃透明度下降,反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變,R0是定值電阻,則下列電路圖中符合要求的是________(填序號)。 (3)現(xiàn)已知定值電阻R0為12 Ω,用電壓表測得光敏電阻兩端的電壓為3 V,則此時光照強(qiáng)度為______
6、__cd。 答案 (1)4.5 (2)C (3)3 解析 (1)由表格數(shù)據(jù)可知,光敏電阻Rx與光強(qiáng)E的乘積均為18 Ω·cd不變,則當(dāng)E=4 cd時,光敏電阻的阻值:Rx==4.5 Ω。 (2)由題意可知,光敏電阻Rx與定值電阻R0串聯(lián)連接,光照增強(qiáng)時,光敏電阻Rx阻值減小,電路中的總電阻減小,由I=可知,電路中的電流增大,由U=IR可知,R0兩端的電壓增大,因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,所以Rx兩端的電壓減小,反之,光照減弱時,光敏電阻Rx阻值增大,R0兩端的電壓減小,Rx兩端的電壓增大,則玻璃并聯(lián)在R0兩端時不符合,玻璃并聯(lián)在Rx兩端時符合,故A錯誤,C正確;若玻璃與電源并聯(lián)
7、,光照變化時,玻璃兩端的電壓不變,故B、D錯誤。 (3)當(dāng)R0=12 Ω,光敏電阻兩端的電壓Ux=3 V時,因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,R0兩端的電壓:U0=U-Ux=9 V-3 V=6 V,因串聯(lián)電路中各處的電流相等,所以電路中的電流I==,即=,解得:Rx′=6 Ω,此時光照強(qiáng)度E′==3 cd。 考點(diǎn)二 熱敏電阻和金屬熱電阻 1.研究熱敏電阻的熱敏特性 (1)實(shí)驗(yàn)原理 閉合電路歐姆定律,用多用電表進(jìn)行測量和觀察。 (2)實(shí)驗(yàn)器材 半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計(jì)、鐵架臺、燒杯、涼水和熱水。 (3)實(shí)驗(yàn)步驟 ①按圖1連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理; ②把
8、多用電表置于歐姆擋,并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值,并記下溫度計(jì)的示數(shù); ③向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值; ④將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄。 (4)數(shù)據(jù)處理 在R-t坐標(biāo)系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線,如圖2所示。 (5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論 熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大。 (6)注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)時,加熱水后要等一會兒再測熱敏電阻阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫。 2.金屬熱電阻 金屬的電阻率隨溫度的升高而增大,用金
9、屬絲也可以制作溫度傳感器,稱為熱電阻。如圖3所示為某金屬導(dǎo)線的電阻—溫度特性曲線。 3.熱敏電阻與金屬熱電阻的區(qū)別 (2018·洛陽模擬)如圖所示,圖甲為熱敏電阻的R-t圖象,圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路,繼電器線圈的電阻為150 Ω。當(dāng)線圈中的電流大于或等于20 mA時,繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E=6 V,內(nèi)阻可以不計(jì)。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。 (1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在________(選填“A、B端”或“C、D端”)。 (2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100 ℃,可變電阻R′的值應(yīng)調(diào)節(jié)為___
10、_____ Ω。 (3)為使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在更高的數(shù)值,可變電阻R′的值應(yīng)________(選填“增大”或“減小”)。 解析 (1)當(dāng)溫度較低的時候,熱敏電阻的阻值較大,電路中的電流較小,此時繼電器的銜鐵與AB部分連接,此時是需要加熱的,恒溫箱內(nèi)的加熱器要工作,所以該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端。 (2)當(dāng)溫度達(dá)到100 ℃時,加熱電路就要斷開,此時繼電器的銜鐵要被吸合,即控制電路的電流要到達(dá)20 mA,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得,I=,其中R=50 Ω,R0=150 Ω,解得R′=100 Ω。 (3)由以上可知,為使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在更高的數(shù)值,則可變電阻R′的值應(yīng)增大,會
11、導(dǎo)致R電阻變小,從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。 答案 (1)A、B端 (2)100 (3)增大 特別提醒 熱敏電阻和金屬熱電阻都可以用來做溫度傳感器,但其阻值隨溫度變化的規(guī)律不同。 (2016·全國卷Ⅰ)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 ℃時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9 Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計(jì)),滑動變阻器R1(最大阻值為1000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V,Ic
12、約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,這一阻值為________ Ω;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是______________________。 ②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器
13、的滑片,直至________________。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。 答案 (1)連線如圖所示 (2)R2 (3)①650.0 b 接通電源后,流過報警器的電流會超過20 mA,報警器可能損壞?、赾 報警器開始報警 解析 (1)見答案。 (2)由R== Ω=1800 Ω可知,滑動變阻器應(yīng)選R2。 (3)①電阻箱的電阻值應(yīng)調(diào)為熱敏電阻在60 ℃時的阻值,即650.0 Ω。滑動變阻器的滑片應(yīng)置于b端,使開關(guān)接通后回路中電流最小,以保護(hù)報警器,即防止因電流過大而損壞報警器。 ②應(yīng)將開關(guān)向c端閉合,然后緩慢移動滑動變阻器的滑片
14、,直至報警器開始報警。 考點(diǎn)三 其他傳感器 1.傳感器的工作原理 傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)。 除常用的熱敏電阻、光敏電阻外,傳感器還有好多種類,比如霍爾元件可以將磁信號轉(zhuǎn)換成電信號;壓力傳感器可以將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號等。 其工作過程如圖: 2.傳感器的工作步驟 (1)信息采集。 (2)信息加工、放大、傳輸。 (3)利用所獲得的信息執(zhí)行某種操作。 3.傳感器的應(yīng)用 (1)力傳感器的應(yīng)用——電子秤。 (2)溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗、電飯鍋。 (3)光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報警器。 (2018·衡水模擬
15、)某興趣小組為了研制一臺“電子秤”,找到一個力電轉(zhuǎn)換傳感器,該傳感器的輸出電壓正比于受壓面的正壓力,實(shí)驗(yàn)操作時,先調(diào)節(jié)傳感器輸入端的電壓(要求從零開始調(diào)節(jié)),使力電轉(zhuǎn)換傳感器在空載時的輸出電壓為零,而后在其受壓面上放一物體,即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓。 (1)如圖所示,E為直流電源,S為開關(guān);R為滑動變阻器;V為電壓表,在圖中用筆畫線代替導(dǎo)線連接成實(shí)驗(yàn)電路圖。 (2)若將質(zhì)量為m0的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換傳感器的受壓面上,電壓表的示數(shù)為U0;然后取下砝碼,再將待測物體放在力電轉(zhuǎn)換傳感器的受壓面上,電壓表的示數(shù)為U,則待測物體的質(zhì)量m=________。 解析 (1)要求力電轉(zhuǎn)換傳
16、感器的輸入電壓可調(diào),并且可使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大,所以滑動變阻器采用分壓式接法,如圖所示。 (2)由以上測量的原理可知,U0=km0g,U=kmg,得: m=m0。 答案 (1)圖見解析 (2)m0 方法感悟 (1)不論什么傳感器,都是將有關(guān)信號先轉(zhuǎn)換成電信號,然后經(jīng)放大后再進(jìn)入顯示器或控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行命令。 (2)有關(guān)傳感器的題目往往同電路問題聯(lián)系密切,解題時經(jīng)常用到歐姆定律。 “用霍爾元件測量磁場”的實(shí)驗(yàn)中,把載流子為帶負(fù)電的電子e的霍爾元件接入電路,如圖甲所示,電流為I,方向向右,長方體霍爾元件長、寬、高分別為a=6.00 mm、b=5.00 mm、c
17、=0.20 mm,處于豎直向上的恒定勻強(qiáng)磁場中。 (1)前后極板M、N,電勢較高的是________(選填“M極”或“N極”)。 (2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時,改變電流的大小,記錄了不同電流下對應(yīng)的UH值,如表所示: 請根據(jù)表格中的數(shù)據(jù),在坐標(biāo)乙中畫出UH-I圖象。 已知該霍爾元件單位體積中自由載流子個數(shù)為n=6.25×1019 m-3,則根據(jù)圖象,由公式I=nebcv,可算出磁場B=________ T(保留兩位有效數(shù)字)。 (3)有同學(xué)認(rèn)為代表了霍爾元件的電阻,請問這種看法正確嗎?請說明理由:_______________________。 答案 (1)M極 (2)圖象
18、見解析圖 0.016 (3)不正確,電流I不是由UH產(chǎn)生的 解析 (1)因電子的運(yùn)動方向與電流方向相反,依據(jù)左手定則,可知,電子受到的洛倫茲力方向偏向N極,那么M極的電勢較高。 (2)依據(jù)表格數(shù)據(jù),作出UH-I圖象,如圖所示: 根據(jù)e=eBv,則有:UH=Bbv,而I=nebcv,可得,UH=I,而依據(jù)UH-I圖象,可知,其斜率為k≈7.8; 因此磁場B=7.8×6.25×1019×1.6×10-19×0.2×10-3 T=0.016 T。 (3)電流I不是由UH產(chǎn)生的,UH是外電壓,那么代表了外電阻,而霍爾元件的電阻為內(nèi)電阻,因此這種看法不正確。 課后作業(yè) 1.(2018
19、·武漢高中畢業(yè)生5月訓(xùn)練題)如圖是某溫度檢測和光電控制加熱裝置的原理圖。RT為熱敏電阻(溫度升高,阻值減小),用來探測加熱電阻絲R的溫度。RG為光敏電阻(光照強(qiáng)度增大,阻值減小),接收小燈泡L的光照。其他電阻均為定值電阻。當(dāng)R處溫度升高后,下列說法正確的是( ) A.燈泡L將變暗 B.RG的電壓將增大 C.R的功率將增大 D.R的電壓變化量與R2的電流變化量的比值不變 答案 D 解析 當(dāng)R處溫度升高時,RT阻值變小,左邊回路中電流增大,小燈泡L的功率增大,燈泡L將變亮,故A錯誤;L的光照強(qiáng)度增大,則RG阻值變小,右側(cè)并聯(lián)電路的總電阻變小,總電流變大,E2的內(nèi)電壓增大,則其路端
20、電壓變小,總電流增大,則R2兩端電壓增大,所以右側(cè)電路并聯(lián)部分電壓減小,R的電壓減小,則R的功率將減小,R的電流減小,而總電流增大,則通過R3的電流增大,R3的電壓將增大,所以RG的電壓將減小,故B、C錯誤;設(shè)RG阻值變化前后R的電壓分別為U、U′,R2的電流分別為I、I′,則E2=I(R2+r2)+U,E2=I′(R2+r2)+U′,兩式相減得0=ΔI(R2+r2)+ΔU,其中ΔI=I′-I,ΔU=U′-U,所以R的電壓變化量與R2的電流變化量的比值=-(R2+r2),保持不變,故D正確。 2.(2016·北京高考)熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護(hù)裝置中。圖為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值
21、R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知,這種熱敏電阻在溫度上升時導(dǎo)電能力________(選填“增強(qiáng)”或“減弱”);相對金屬熱電阻而言,熱敏電阻對溫度變化的影響更________(選填“敏感”或“不敏感”)。 答案 增強(qiáng) 敏感 解析 由題圖可得出熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,隨著阻值減小導(dǎo)電能力增強(qiáng)。在變化相同的溫度時,熱敏電阻阻值變化量要大于金屬熱電阻,故熱敏電阻對溫度變化的影響更敏感。 3.(2017·江蘇高考)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)制作一個簡易的溫控裝置,實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖1所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當(dāng)繼電器的電流超過15 mA時,銜鐵被吸合,加熱器停止加
22、熱,實(shí)現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20 Ω,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示。 (1)提供的實(shí)驗(yàn)器材有:電源E1(3 V,內(nèi)阻不計(jì))、電源E2(6 V,內(nèi)阻不計(jì))、滑動變阻器R1(0~200 Ω)、滑動變阻器R2(0~500 Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0~999.9 Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。 為使該裝置實(shí)現(xiàn)對30 ℃~80 ℃之間任一溫度的控制,電源E應(yīng)選用________(選填“E1”或“E2”),滑動變阻器R應(yīng)選用________(選填“R1”或“R2”)。 (2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學(xué)為排查電路故障,用多用電表測量各接點(diǎn)間的電壓,則應(yīng)將如圖2所示的選擇
23、開關(guān)旋至________(選填“A”“B”“C”或“D”)。 (3)合上開關(guān)S,用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)行排查。在圖1中,若只有b、c間斷路,則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”),接入a、c時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)。 (4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50 ℃時被吸合,下列操作步驟的正確順序是________。(填寫各步驟前的序號) ①將熱敏電阻接入電路 ②觀察到繼電器的銜鐵被吸合 ③斷開開關(guān),將電阻箱從電路中移除 ④合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值 ⑤斷開開關(guān),用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調(diào)至108.1 Ω 答案 (
24、1)E2 R2 (2)C (3)不偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn) (4)⑤④②③① 解析 (1)若實(shí)現(xiàn)對30 ℃溫度的控制, 繼電器和Rt的電壓 U=0.015×(20+199.5) V≈3.29 V 因此符合要求的電源應(yīng)選E2。 若實(shí)現(xiàn)對80 ℃溫度的控制, 對全電路有E2=I(R繼+Rt+R) 即6 V=0.015 A×(20 Ω+49.1 Ω+R) 解得R=330.9 Ω。 因此滑動變阻器應(yīng)選R2。 (2)用多用電表測量直流電壓時,選擇開關(guān)應(yīng)旋至C(直流電壓擋)。 (3)a、b間電壓為0,指針不偏轉(zhuǎn)。 接入a、c時,多用電表與電源等構(gòu)成回路,指針偏轉(zhuǎn)。 (4)連接電路時,先用電阻
25、箱代替熱敏電阻,調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值,銜鐵被吸合時,調(diào)節(jié)完畢,移除電阻箱換為熱敏電阻即可,正確的順序?yàn)棰茛堍冖邰佟? 4.(2018·福建省高三畢業(yè)質(zhì)量檢測)某同學(xué)要把電壓表改裝成可直接測量壓力的儀表,設(shè)計(jì)的電路如圖a所示。實(shí)驗(yàn)器材如下:待改裝電壓表(量程0~3 V,可視為理想電壓表),定值電阻R0,壓敏電阻Rx,電源(4 V,內(nèi)阻不計(jì)),開關(guān)S,導(dǎo)線。選用的壓敏電阻阻值Rx隨壓力F變化的規(guī)律如圖b所示。 (1)實(shí)驗(yàn)中隨著壓力F的增大,電壓表的示數(shù)________。(填“變大”“不變”或“變小”) (2)為使改裝后儀表的量程為0~160 N,且壓力160 N對應(yīng)電壓表3 V刻度,則定值電
26、阻阻值R0=________ Ω,壓力0 N對應(yīng)電壓表________ V刻度。 (3)他發(fā)現(xiàn)這樣改裝后的儀表壓力刻度分布不均勻,想進(jìn)一步把(2)中的壓力刻度改成均勻分布,應(yīng)選用另一壓敏電阻,其阻值Rx隨壓力F變化的關(guān)系式為__________________。 答案 (1)變大 (2)240 1.5 (3)Rx=-240 解析 (1)根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,電壓表的示數(shù)U=E,由圖b可知,壓力越大Rx越小,U越大,故電壓表的示數(shù)變大。 (2)由圖b可知,當(dāng)F1=160 N時,Rx1=80 Ω,此時電壓表的示數(shù)為U1=3 V,由U1=E,得R0=Rx1= Ω=240 Ω;由圖b可知,
27、當(dāng)F2=0 N時,Rx2=400 Ω,此時電壓表的示數(shù)為U2=E= V=1.5 V,可見壓力0 N對應(yīng)電壓表1.5 V刻度。 (3)若選用圖b的壓敏電阻,則Rx與壓力F的關(guān)系式為Rx=400-2F,代入U=E,可得U與F的關(guān)系式為U=,這樣改裝后的儀表壓力刻度分布是不均勻的。為了使壓力刻度分布均勻,應(yīng)另選用壓敏電阻,且仍要滿足量程為0~160 N,F(xiàn)=0 N標(biāo)在1.5 V刻度,F(xiàn)=160 N標(biāo)在3 V刻度。由于電壓表的電壓刻度是均勻分布的,所以電壓和壓力一定要滿足線性關(guān)系,設(shè)U=kF+b,由F1=0 N時、U1=1.5 V,F(xiàn)2=160 N時、U2=3 V,可得b=1.5,k=,又U=E=,
28、解得Rx=-240。 5.(2018·哈爾濱三中二模)(1)某同學(xué)用如圖甲所示的電路測量一個電容器的電容,圖中R為20 kΩ的電阻,電源電動勢為6.0 V,內(nèi)阻可不計(jì)。 ①實(shí)驗(yàn)時先將開關(guān)S接1,經(jīng)過一段時間后,當(dāng)電流表示數(shù)為________ μA時表示電容器極板間電壓最大。 ②將開關(guān)S接2,將傳感器連接在計(jì)算機(jī)上,經(jīng)處理后畫出電容器放電的i-t圖象,如圖乙所示。由圖象可知,圖象與兩坐標(biāo)軸所圍的面積表示電容器放出的電荷量。試根據(jù)i-t圖象,求該電容器所放出的電荷量Q=________ C;該電容器的電容C=________ μF。(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (2)如圖丙是某金屬
29、材料制成的電阻阻值R隨攝氏溫度t變化的圖象,圖中R0表示0 ℃時的電阻,k表示圖線的斜率。若用該電阻與電池(電動勢E、內(nèi)阻r)、電流表A(內(nèi)阻Rg)、滑動變阻器R′串聯(lián)起來,連接成如圖丁所示的電路,用該電阻做測溫探頭,把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計(jì)”。使用“金屬電阻溫度計(jì)”前,先要把電流表(“0”刻線在刻度盤左側(cè))的刻度值改為相應(yīng)的溫度刻度值,若溫度t1 30、物理量表示所測溫度t與電流I的關(guān)系式t=________。
答案 (1)①0?、?.8×10-10(8.2×10-10~9.4×10-10均可) 1.5×10-4(1.4×10-4~1.6×10-4均可)
(2)右
解析 (1)①電容器串聯(lián)在電路中,當(dāng)電容器充電完畢后,電路斷路,故電路中電流為0時表示電容器極板間電壓最大。②圖線與兩坐標(biāo)軸所圍成的面積就是電容器放出的電荷量,數(shù)格子,滿半格的算1個,不足半格的不計(jì)數(shù),共88(82~94均可)格;每一小格表示電荷量為:ΔIΔt=20×10-6 A×0.5×10-6 s=10-11 C,故電荷量為Q=8.8×10-10 C(8.2×10-10 31、~9.4×10-10 C均可),則電容C== F=1.5×10-4 μF(由于數(shù)的格數(shù)有誤差,結(jié)果為1.4×10-4~1.6×10-4 μF均可)。
(2)溫度t1 32、?,F(xiàn)要求在降溫過程中測量在20 ℃~95 ℃之間的多個溫度下RT的阻值。
(1)在圖中畫出連線,完成實(shí)驗(yàn)原理電路圖;
(2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空:
a.依照實(shí)驗(yàn)原理電路圖連接導(dǎo)線;
b.調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度,使得RT的溫度為95 ℃;
c.將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)淖柚?,以保證儀器安全;
d.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱,記錄電流表的示數(shù)I0,并記錄__________________;
e.將RT的溫度降為T1(20 ℃ 33、___;
g.逐步降低T1的數(shù)值,直到20 ℃為止;在每一溫度下重復(fù)步驟e、f。
答案 (1)圖見解析' (2)d.電阻箱的讀數(shù)R0 'e.仍為I0'電阻箱的讀數(shù)R1' f.R0-R1+150 Ω
解析 (1)電阻箱的最大阻值與熱敏電阻的最大阻值相差不大,因此電阻箱應(yīng)與熱敏電阻串聯(lián),電路圖如圖所示。
(2)本實(shí)驗(yàn)原理是當(dāng)電路的兩種狀態(tài)的電流相等時,外電路的總電阻相等。RT的溫度為95 ℃和降為T1時對應(yīng)的電路的電阻相等,有150 Ω+R0=RT1+R1,即RT1=R0-R1+150 Ω。
7.某同學(xué)要研究一質(zhì)地均勻、圓柱形的熱敏電阻電阻率隨溫度的變化規(guī)律,其部分步驟如下:
(1 34、)用游標(biāo)尺為20分度的卡尺測量其長度如圖甲所示,由圖可知其長度為________mm。
(2)用螺旋測微器測量其直徑如圖乙,由圖可知其直徑為________ mm。
(3)該同學(xué)利用以下實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律:
A.熱敏電阻(常溫下約300 Ω)
B.溫度計(jì)
C.電流表A1(0~60 mA,約10 Ω)
D.電流表A2(0~3 A,約0.1 Ω)
E.電壓表V(0~6 V,約15 kΩ)
F.滑動變阻器R1(200 Ω,0.5 A)
G.滑動變阻器R2(5 Ω,2 A)
H.蓄電池(9 V,0.05 Ω)
I.開關(guān)一個,帶夾的導(dǎo)線若干
①實(shí) 35、驗(yàn)要求通過熱敏電阻的電流從零開始增加,電流表應(yīng)選擇________,滑動變阻器選擇________。(填器材前的字母)
②為精確測量該熱敏電阻阻值,請?jiān)谙聢D中完成實(shí)驗(yàn)器材連接。
答案 (1)50.55 (2)4.800(4.799~4.801均正確)
(3)①C G?、趫D見解析
解析 (1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為50 mm+11×0.05 mm=50.55 mm。
(2)螺旋測微器的讀數(shù)為4.5 mm+30.0×0.01 mm=4.800 mm。
(3)①估算電路中電流值I== A=30 mA,電流表應(yīng)選C。實(shí)驗(yàn)要求電流從零開始增加,即滑動變阻器采用分壓式接法,所以滑動變阻器應(yīng)選阻值小的G。
②<,所以電流表采用外接法,電路連接如圖所示。
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