实验12　传感器的简单应用-备战2022年高考物理实验复习全能突破

实验12　传感器的简单应用 考点整合·素养提升 知识训练·能力提升 能力点一　温度传感器的应用 【典例1】已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆,某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。 (1)在图1中所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。 (2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA,则此时热敏电阻的阻值为　　　　kΩ(结果保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图2所示。  (3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图2求得,此时室温为　　　　℃(结果保留3位有效数字)。  (4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器,其电路的一部分如图3所示。图中,E为直流电源(电动势为10 V,内阻可忽略);当图中的输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃,则图中　　　　(选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为　　　　kΩ(结果保留2位有效数字)。  【答案】(1)如图所示 (2)1.8　(3)25.5(25.0~26.0)　(4)R1　1.2 【解析】(1)电路如图所示。 (2)由欧姆定律可得RT==1.8 kΩ。 (3)由图2可读出2.2 kΩ时的室温为25.5 ℃。 (4)当温度升高时,热敏电阻阻值减小,要使温度升高时输出电压增大,R1应为热敏电阻;由于要求电压达到或超过6.0 V时报警,由电路分析可得输出电压U=,由图2可读出室温为50 ℃时热敏电阻阻值为800 Ω,解得R2=1.2 kΩ。 【变式1】在实际应用中有多种自动控温装置,以下是其中两种控温装置: 　　(1)图1为某自动恒温箱原理图,箱内的电阻R1=2 kΩ,R2=1.5 kΩ,R3=4 kΩ,RT为热敏电阻,其电阻随温度变化的图像如图2所示。当a、b两点电势φa<φb时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度提高;当φa≥φb时,电压鉴别器会使S断开,停止加热,则恒温箱内的稳定温度为　　　　℃,恒温箱内的电热丝加热时RT的取值范围为　　　　。  (2)有一种由PTC元件做成的加热器,它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图像如图3所示。该加热器向周围散热的功率PQ=k(t-t0),其中t为加热器的温度,t0为室温(本题中取20 ℃),k=0.1 W/℃。 　　①当PR=PQ时加热器的温度即可保持稳定,则该加热器工作的稳定温度为　　　　℃。  ②某次工作中,该加热器从室温升高至稳定温度的过程中,下列温度变化过程用时最短的是　　　　。(填选项前的字母序号)  A.20 ℃~24 ℃　　　　B.32 ℃~36 ℃ C.48 ℃~52 ℃ D.60 ℃~64 ℃ 【答案】(1) 25　RT>3 kΩ　(2)①68~72均可　②B 【解析】(1)由电路图可知,当满足= 时,即RT=3 kΩ 时φa=φb ,此时由图可知温度为25 ℃,即恒温箱内的稳定温度为25 ℃;恒温箱内的电热丝加热时RT的取值范围为RT>3 kΩ。 (2)①PQ=0.1(t-t0),PQ与温度t之间关系的图像如图。由图可知,当温度为70 ℃左右时,发热功率和散热功率相等,即此时物体的温度不再变化。 ②发热和散热功率差值越大,升温越快,B项正确。 能力点二 光电传感器的应用 【典例2】为了节能和环保,一些公共场所用光控开关控制照明系统,光控开关可用光敏电阻控制,某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线如图1所示,照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为勒克斯(lx)。 　　(1)如图2所示,电源电动势为3 V,内阻不计,当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至1.0(lx)时控制开关接通照明系统,则R1=　　　　kΩ。  (2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值,设计了如图5所示的电路进行测量,电源(E=3 V,内阻未知),电阻箱(0~99999 Ω)。实验时将电阻箱阻值置于最大,闭合S1,将S2与1相连,减小电阻箱阻值,使灵敏电流计的示数为I,图3为实验时电阻箱的阻值,其读数为　　　　kΩ;然后将S2与2相连,调节电阻箱的阻值如图4所示,此时电流表的示数恰好为I,则光敏电阻的阻值R0=　　　　kΩ(结果保留3位有效数字)。  【答案】(1)10　(2)62.5　40.0 【解析】(1)电阻R1