高中物理微专题-实验十三 传感器的简单使用考点复习

实验十三　传感器的简单使用 近三年真题考察分布 年份 试卷 分值 难度 2021 山东卷 8分 ★★☆ 2020 全国卷III 10分 ★★☆ 2019 全国卷II 10分 ★★☆ 实验讲解 一、实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。 2.了解传感器在技术上的简单应用。 二、实验原理 1.传感器能够将感受到的物理量（力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）。 2.工作过程如图 直击考点 考点一 热敏电阻 1．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的（） A．温度升高至74℃时，灯亮报警 B．温度升高至74℃时，灯亮报警 C．温度升高至78℃时，灯亮报警 D．温度升高至78℃时，灯亮报警 2．如图所示为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I-U关系曲线图。 (1)为了通过测量得到I-U关系的完整曲线，在图甲、图乙两个电路图中应选择的是图 ；简要说明理由： （电源电动势为9V，内阻不计，滑动变阻器的最大阻值为100Ω）。 (2)在如图所示电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1为250Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为 V；电阻R2的阻值为： Ω。 (3)举出一个可以应用热敏电阻的例子： 。 考点二 光敏电阻 3．计算机光驱的主要部分是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如右下图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是（　　） A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压 B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 4．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示： 光强E/cd 1 2 3 4 5 电阻值/Ω 18 9 6 3.6 [“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)] (1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为 Ω。 (2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是 (填序号)。 A.　B.　C. 　D. 考点三 压敏电阻 5．压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中（　　） A．物体处于失重状态 B．物体处于超重状态 C．升降机一定向上做匀加速运动 D．升降机可能向下做匀减速运动 6．某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图所示的电路研究某长薄板电阻的压阻效应，已知的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材： A．电源E（电动势3 V，内阻约为1 Ω） B．电流表A1（0～0.6 A，内阻r1＝5 Ω） C．电流表A2（0～0.6 A，内阻r2≈1 Ω） D．开关S，定值电阻R0＝5 Ω （1）为了比较准确地测量电阻的阻值，请完成虚线框内电路图的设计 。 （2）在电阻上加一个竖直向下的力F（设竖直向下为正方向），闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得 。（用字母表示） （3）改变力的大小，得到不同的值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的值。最后绘成的图像如图所示，除观察到电阻的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是 。当F竖直向下时，可得与所受压力F的数值关系是 。 考点四 其他传感器 7．据统计交通事故逐年增加，造成交通事故的一个主要原因就是酒后驾驶，“严查酒驾”成为全国交通部门的一项重要任务．酒精测试仪是用于现场检测机动车驾驶人员是否酗酒的一种仪器，它的主要元件是由二氧化锡半导体制成的酒精气体传感器，该传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化．在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，则以下说法正确的是（ ） A．U越大，表示c越小 B．U越大，表示c越大 C．检测到驾驶员喝了酒时，U的示数变小 D．U越大，表示检测到驾驶员喝酒越多 8．传感器在生活中有很多应用．电容式加速度传感器在安全气囊、手机移动设备方面应用广泛，其原理如图所示，质量块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质里块可带动电介质相对于外框无摩擦左右移动，但不能上下移动．下列关于该传感器的说法正确的是 A．当电路中没有电流时，电容器所带电荷量一定都相等 B．当电路没有电流时，传感器一定处于平衡状态 C．当电路中有顺时针方向的电流时，电容器电容一定增大 D．当电路中有顺时针方向的电流时，传感器可能向左也可能向右运动 9．自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图。当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差。下列说法正确的是（　　） A．根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小 B．自行车的车速越大，霍尔电势差越高 C．图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的 D．如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小 10．实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1（阻值变化范围0～20Ω）、滑动变阻器R2（阻值变化范围0～1000Ω）、电动势适当的电源、小灯泡（4V，2W）、开关、导线若干。 （1）要完整地描绘小灯泡的UI曲线，请在方框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号。( ) （2）实验中描绘出的小灯泡UI曲线如图甲所示，由图可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （3）如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻，实验电路如图乙所示，图中R0是阻值为9.0Ω的保护电阻，实验中测得多组数据记录在下表中，试在同一坐标系中画出等效电源的UI图象 ，由图象可求出电源自身内阻约为 Ω。 序号 1 2 3 4 5 6 U/V 4.00 3.40 2.80 2.00 1.50 0.80 I/A 0.20 0.26 0.33 0.40 0.46 0.52 （4）若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图丙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为 W（保留两位有效数字）。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．D 【详解】由题干中图可知：金属丝下端所指的示数为78℃；当温度升高到78℃，水银温度计顶端封入的一段金属丝就和水银相接，接通电路，电磁铁有了磁性，把衔铁吸引下来，L2亮，报警．故选D． 【点睛】要解答本题需掌握：①题干中该温度计的最小刻度值为2℃，直接根据液柱（或所指示）的位置即可读出该点处的温度值，读数时要从绝对值小的示数向绝对值大的示数读起；②电磁继电器由两部分构成：①低压控制电路，②工作电路；其实质是一个自动控制开关． 2． 甲 电压表的测量范围从0开始且图甲电路电压的调节范围比图乙大 5.2 111.8 见解析 【详解】(1)[1][2]由题意可知，本实验要求能得出完整的图象，故应采用分压接法，故选甲；原因是：图甲电路电压可从0V调到所需电压，调节范围较大，而图乙电路不能测得0V附近的数据； (2)[3][4]由欧姆定律可知，流过的电流为：；则流过热敏电阻的电流为；由图可知，热敏电阻两端的电压为； 则定值电阻两端的电压为；则的阻值为 (3)[5]热敏电阻在生活中有很多应用，主要应用于温度有关的仪器中，如热敏电阻计等； 3．AD 【详解】当有光照射R1时，光敏电阻变小，回路电流变大，R2两端的电压升高；处理系统获得高电压，系统获得信息则计数一次。 故选AD。 4． 4.5 C 【详解】(1)[1]由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为1.8Ω·cd不变，则当E＝4cd时，光敏电阻的阻值 Rx＝＝4.5Ω (2)[2]AC．由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小;反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合，玻璃并联在Rx两端时符合，A项错误，C项正确； BD．若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，B、D项错误。 故选C。 5．BD 【详解】因为压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，由题图乙知，此过程中电路中的电流大于静止时的电流且稳定，故压敏电阻受到的压力大于静止时受到的压力，物体处于超重状态，超重状态为加速速向上，故有可能是向下减速运动和向上加速运动，故B、D正确，A、C错误。 故选BD。 6． 压力方向改变，其阻值不变 【详解】（1）[1]由于题目中没有电压表，为了比较准确测量电阻，知道电流表 的阻值，所以用电流表作为电压表使用，电流表连在干路上，即可求出电阻的阻值，电路图的设计如图所示 （2）[2]根据串并联和欧姆定律得 解得 （3）[3]从图像上可以看出压力方向改变，的阻值不变； [4]由题意可知竖直向下为F的正方向，当F竖直向下时，由图像可得斜率为 则与所受压力F的数值关系是 7．BD 【详解】AB．图中酒精传感器与R、R0串联，电压表测R0两端的电压，U越大，说明电路中电流越大，酒精传感器的电阻减小，由题：酒精气体传感器电阻r´的倒数与酒精气体的浓度c成正比，可知，c越大，故A错误，B正确； C．检测到驾驶员喝了酒时，c增大，r´减小，电路中总电阻减小，电路中电流增大，则U的示数增大，故C错误； D．由上分析可知，U越大，c越大，表示检测到驾驶员喝酒越多，故D正确． 故选：BD 8．CD 【详解】A、当电路中没有电流时，说明电容器处于稳定状态，因电容器的电压不变，根据电容器的电容公式C＝ɛ，当电介质插入极板间深度不一，即电介质大小不同，则电容器电容也不同，因此电容器所带电荷量也不相等，故A错误； B、当传感器以恒定加速度运动时，根据牛顿第二定律可知，弹力大小不变，则电容器的电容不变，因两极的电压不变，则电容器的电量不变，因此电路中没有电流，故B错误； C、当电路中有顺时针方向的电流时，说明电容器处于充电状态，根据Q＝CU，可知，电容器的电容在增大，故C正确； D、当电路中有顺时针方向电流时，由上分析，可知，电容器的电容在增大，插入极板间电介质加深，因此传感器可能向左减速，也可能向右加速，故D正确； 9．AD 【详解】A．根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮转动的转速，最后由线速度公式，结合车轮半径即可求解车轮的速度大小，故A正确； B．根据霍尔原理可知 可得 即霍尔电势差只与磁感应强度、霍尔元件的厚度以及电子定向移动的速率有关，与自行车的车速无关，故B错误； C．霍尔元件的电流是由负电荷定向运动形成的，故C错误； D．是单位体积内的电子数，是单个导电粒子所带的电量，是导体的横截面积，是导电粒子运动的速度，由电流的微观定义式整理得 结合解得 若长时间不更换传感器的电源，那么电流减小，则霍尔电势差将减小，故D正确； 故选AD。 10． 增大 0.82 【详解】（1）[1]要描绘小灯泡的UI曲线，电压与电流应从0开始变化，则滑动变阻器要采用分压式接法。由于小灯泡阻值较小，电流传感器应用外接法，电路如下图所示 （2）[2]由题中UI图象可知，随电压的增大，灯丝电阻增大。由此可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高增大。 （3）[3][4]根据表中实验数据作出等效电源的UI图象如下图所示。 由图的斜率可知，电源内阻为 （4）[5]由上图中等效电源的UI图象与小灯泡的UI图象的交点可知，此时小灯泡两端的电压为2.1V，电流为0.39A，则小灯泡的电功率为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$