2026届高考物理一轮复习专项练习 考点 36 实验：传感器相关实验

考点 36 实验：传感器相关实验 1.某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R₁、电流表A、电压表 V。 (1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0μA，须调节 (选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻 (选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。 (2)测得 RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0℃变化到40.0℃的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是 kΩ·℃⁻¹(保留2位有效数字)。 2.某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。 (1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡，将两表笔 ，调节欧姆调零旋钮，使指针指向右边“0Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高，相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大，由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而 。 (2)再按图连接好电路进行测量。 ①闭合开关S前，将滑动变阻器 R₁ 的滑片滑到 端(选填“a”或“b”)。 将温控室的温度设置为T，电阻箱R₀调为某一阻值R₀₁。闭合开关S，调节滑动变阻器R₁，使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R₀₁。断开开关S。 再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端，闭合开关S。反复调节 R₀和 R₁，使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R₀₂。断开开关S。 ②实验中记录的阻值 R₀₁ R₀₂(选填“大于”“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值 (3)改变温控室的温度，测量不同温度时的热敏电阻阻值，可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。 3.热敏电阻是传感器中经常使用的元件，某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有： 待测热敏电阻RT(实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧)； 电源E(电动势1.5 V,内阻r约为0.5Ω); 电阻箱 R(阻值范围0~9 999.99Ω); 滑动变阻器R₁(最大阻值20Ω)； 滑动变阻器 R₂(最大阻值2 000 Ω); 微安表(量程100 μA,内阻等于2500 Ω); 开关两个，温控装置一套，导线若干。 同学们设计了如图甲所示的测量电路，主要实验步骤如下： ①按图示连接电路； ②闭合S₁、S₂，调节滑动变阻器滑片 P 的位置，使微安表指针满偏； ③保持滑动变阻器滑片 P 位置不变，断开 S₂，调节电阻箱，使微安表指针半偏； ④记录此时的温度和电阻箱的阻值。 回答下列问题： (1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用 (填“R₁”或“R₂”)。 (2)请用笔画线代替导线，将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。 (3)某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6000.00 Ω，该温度下热敏电阻的测量值为 Ω(结果保留到个位)，该测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。 (4)多次实验后，学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐 (填“增大”或“减小”)。 4.弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系，实验过程如下： (1)装置安装和电路连接 如图(a)所示，导电绳的一端固定，另一端作为拉伸端，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图(b)所示的电路中。 (2)导电绳拉伸后的长度L 及其电阻Rₓ的测量 ①将导电绳拉伸后，用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导电绳拉伸后的长度L。 ②将滑动变阻器 R 的滑片滑到最右端。断开开关S₂，闭合开关S₁，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I₁。 ③闭合S₂，电压表的示数 (选填“变大”或“变小”)。调节 R 使电压表的示数仍为U，记录电流表的示数I₂，则此时导电绳的电阻Rₓ= (用I₁、I₂和U表示)。 ④断开 S₁，增大导电绳拉伸量，测量并记录A、B间的距离，重复步骤②和③。 (3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值 (选填“有”或“无”)影响。 (4)图(c)是根据部分实验数据描绘的Rₓ-L图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上，当机械臂弯曲后，测得导电绳的电阻 Rₓ为1.33 kΩ，则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为 cm，即为机械臂弯曲后的长度。 5.(2024贵州卷)某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律，探测温度控制室内的温度。选用的器材有： 热敏电阻RT； 电流表G(内阻 Rb为240Ω,满偏电流为I₆); 定值电阻R(阻值为48Ω)； 电阻箱 电源E(电动势恒定，内阻不计)； 单刀双掷开关S₁、单刀单掷开关S₂；导线若干。 请完成下列步骤： (1)该小组设计了如图(a)所示的电路图。根据图(a)，完成图(b)中的实物图连线。 (2)开关S₁、S₂断开，将电阻箱的阻值调到 (填“最大”或“最小”)。开关S₁接1，调节电阻箱，当电阻箱读数为60.0Ω时，电流表示数为 Ig。再将S₁改接2，电流表示数为I₂，断开S₁。得到此时热敏电阻 Rr的阻值为 Ω。 (3)该热敏电阻 RT阻值随温度t变化的 曲线如图(c)所示，结合(2)中的结果得到温度控制室内此时的温度约为 ℃。(结果取整数) (4)开关S₁接1，闭合S₂，调节电阻箱，使电流表示数为 Ig。再将S₁改接2，如果电流表示数为 则此时热敏电阻 (用k表示)，根据图(c)即可得到此时温度控制室内的温度。 6.(2023湖南卷)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R₁、R₂、R₃为电阻箱，RF为半导体薄膜压力传感器，C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。 (1)先用欧姆表“×100”挡粗测 RF的阻值,示数如图(b)所示，对应的读数是 Ω； (2)适当调节R₁、R₂、R₃，使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为 (用R₁、R₂、R₃表示); (3)依次将0.5g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小)，读出电压传感器示数U，所测数据如下表所示： 次数 1 2 3 4 5 6 砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 电压 U/mV 0 57 115 168 220 280 根据表中数据在图(c)上描点，绘制U-m关系图线； (4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力 F₀，电压传感器示数为200 mV,则F₀大小是 N(重力加速度取9.8 m/s²,保留2位有效数字); (5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D 间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力 F₁，此时非理想毫伏表读数为200 mV，则 F₁ F₀(填“>”“=”或“<”)。 7.(2024广东卷)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统，制作光源跟踪演示装置。实现太阳能电池板方向的调整，使电池板正对光源。 图甲是光照方向检测电路。所用器材有：电源E(电动势3 V);电压表④和②(量程均有3 V和15 V，内阻均可视为无穷大)；滑动变阻器R；两个相同的光敏电阻 Rc₁和Rc₂；开关S；手电筒；导线若干。图乙是实物图。图中电池板上垂直安装有半透明隔板，隔板两侧装有光敏电阻，电池板固定在电动机转轴上，控制单元与检测电路的连接未画出，控制单元对光照方向检测电路无影响。 请完成下列实验操作和判断。 (1)电路连接 图乙中已正确连接了部分电路，请完成虚线框中滑动变阻器 R、电源E、开关S和电压表V间的实物图连线。 (2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试 ①将图甲中 R 的滑片置于 端，用手电筒的光斜照射到 R₀₁和R₀₂，使R₀₁表面的光照强度比R₆₂表面的小。 ②闭合S，将R 的滑片缓慢滑到某一位置。④的示数如图丙所示，读数U₁为 V。Ⓥ的示数U₂为1.17 V。由此可知，表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 (填“较大”或“较小”)。 ③断开S。 (3)光源跟踪测试 ①将手电筒的光从电池板上方斜照射到 Rc₁和Rc₂。 ②闭合S，并启动控制单元，控制单元检测并比较两光敏电阻的电压，控制电动机转动。此时两电压表的示数 ，图乙中的电动机带动电池板 (填“逆时针”或“顺时针”)转动，直至 时停止转动，电池板正对手电筒发出的光。 8.(2024 全国甲)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下，通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压，建立电压与氧气含量之间的对应关系，这一过程称为定标。一同学用图(a)所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有：装在气室内的氧气传感器(工作电流1mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为 1%、5%、10%、15%、20%)。 完成下列实验步骤并填空： (1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整，使其能对传感器定标； (2)连接好实验器材，把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口； (3)把滑动变阻器的滑片滑到 端(填“a”或“b”),闭合开关; (4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置，使毫安表的示数为1mA，记录电压表的示数U； (5)断开开关，更换气瓶，重复步骤(3)和(4)； (6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图(b)中；氧气含量为20%时电压表的示数如图(c)，该示数为 V(结果保留2位小数)。 现测量一瓶待测氧气含量的气体，将气瓶接到气体入口，调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1mA，此时电压表的示数为1.50 V，则此瓶气体的氧气含量为 %(结果保留整数)。 9.(2024河北卷)某种花卉喜光，但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器，以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下：学生电源、多用电表、数字电压表(0~20 V),数字电流表(0~20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω,1.5 A)、白炽灯、可调电阻R₁(0~50kΩ)、发光二极管 LED、光敏电阻 R。、NPN 型三极管 VT、开关和若干导线等。 (1)判断发光二极管的极性 使用多用电表的“×10k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图 1 所示，当黑表笔与接线端 M 接触，红表笔与接线端 N 接触时，多用电表指针位于表盘中 a 位置(见图 2)；对调红、黑表笔后指针位于表盘中 b 位置(见图2)。由此判断M 端为二极管的 (填“正极”或“负极”)。 (2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性 ①采用图3中的器材进行实验，部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线 L₁、L₂和 L₃的另一端应分别连接滑动变阻器的 、 、 接线柱(以上三空选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。 ②图4为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线，图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而 (填“增大”或“减小”)。 (3)组装光强报警器电路并测试其功能 图5为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后，三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后，在测试过程中发现，当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，为使报警器正常工作，应 (填“增大”或“减小”)可调电阻 R₁的阻值，直至发光二极管发光。 1 答案 (1)可变电阻R₁ 远大于 (2)1.2 解题思路 (1)用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数即电路中电流仍为50.0μA，则电路中的总电阻应不变，故须调节可变电阻R₁。连接电压表后，电流表示数显著增大，说明电压表的分流作用显著，而并联电路中电流与阻值成反比，故须将原电压表更换为内阻远大于 RT阻值的电压表。(2)由图可知,温度从35.0℃变化到40.0℃时,RT两端电压由1.53 V变化到1.24 V,由于电流恒为50.0μA,故电阻值减小了5.8kΩ，可知RT的阻值随温度的平均变化率是1.2kΩ·℃⁻¹。 2 答案 (1)短接 减小 (2)①b ②大于 解题思路 (1)多用电表使用前，需进行欧姆调零，调零时需将红黑表笔短接；多用电表表盘最右侧为电阻零刻度线，故当指针向右侧偏转越大时，代表所测电阻越小。 (2)①对于滑动变阻器的限流式接法，为保护电路，闭合开关前要使其接入电路的阻值最大，故应将滑动变阻器R₁的滑片滑到b端。 ②两次操作中电压表和电流表的示数分别相等，根据欧姆定律，导线接 C 端时有 导线接 D 端时有I= 则有 故 R₀₁大于 3答案 (1)R₁ (2)如图所示 学科网（北京）股份有限公司 (3)3 500 大于 (4)减小 解题思路 (1)对于分压式电路，滑动变阻器应选用总阻值较小的，以保证测量电路所在支路电阻发生变化时对电压的影响较小。 (2)实物连线图见答案。 (3)由实验步骤可知 解得 由图形剖析知热敏电阻的测量值偏大。 (4) 增大时T减小，此时 ln RT增大，即RT增大，说明热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐减小。 4 答案 (2)③变小 (3)无 (4)51.80 解题思路 (2)③闭合S₂，定值电阻与导电绳的并联电阻小于定值电阻的阻值，则电压表的示数变小。 调节 R 使电压表的示数仍为U，电流表的示数为I₂，此时通过导电绳的电流为 导电绳的电阻 (3)若电压表内阻不为无穷大，则 则该电压表内阻对导电绳电阻的测量值没有影响。 (4)由题图(c)可以读出当导电绳的电阻R、为1.33kΩ时，导电绳的长度为51.80 cm。 知识归纳 如图，电阻R₁和R₂两端的总电压U保持不变，R₁两端的电压 保持 R₂不变，使R₁减小，则U₁减小，即串联电路中的一个电阻的阻值减小，其他条件不变，则该电阻两端的电压减小。 5答案 (1)如图所示 (2)最大 300 (3)8(4)50(k-1) 解题思路 (2)由图(a)可知，电阻箱起到保护电路的作用，因此开关闭合前，将电阻箱的阻值调到最大。 开关S₁接1时，由闭合电路欧姆定律可得 S₁接2时,有 联立解得 (3)由图(c)可知, 时，对应的温度约为8℃。 (4)开关S₁接1，闭合S₂，调节电阻箱，使电流表示数为I₆。由并联电路的分流作用，结合 可得干路电流为6I₈，并联部分的电阻 由闭合电路欧姆定律可得 结合 解得 S₁接2时，电流表示数为 同理可得干路电流为 由闭合电路欧姆定律可得 结合 解得 6答案 (1)1000 (2)RRR (3)如图所示(4)0.018 (5)> 解题思路(1)欧姆表的读数为10×100Ω=1000 Ω。 (2)当电压传感器示数为0时，根据电桥原理可知 得 (3)利用表格数据描点作图，如答案图所示。 (4)在答案图中找到U=200mV时,对应的质量m=1.79g,故压力 (5)非理想毫伏表测得的电压偏小，即要达到相同的电压，所需压力偏大，则F₁>F₀。 7 答案 (1)如图所示 (2)①b ②1.63(或1.62)较大 (3)②逆时针 解题思路 (1)由题图甲可知，测R₀₁两端电压，②测RC₂两端电压，滑动变阻器采用分压式接法，由题图乙可知，此时②已并联在Rc₂两端，④未并联在电路中，故应将④的“3”接线柱连到滑动变阻器右上接线柱处，滑动变阻器采用分压式接法连入电路中，如答案图所示。 (2)①从安全性角度考虑，一开始应将题图甲中R 的滑片置于b端，使两个电压表的示数均为零；②由题图丙知电压表的读数为1.63 V；由串联电路电流相等，电阻之比等于电压之比，可知电压较大的对应的电阻较大。由题图甲知，Ⓥ测R₀₁两端电压,②测Rc₂两端电压,且U₁>U₂,!则 Rc₂，由题可知Rc₁表面的光照强度比Rc₂表面的小，可知表面光照强度较小的光敏电阻阻值较大。(3)②U₁<U₂，说明RC₁电阻小，对应光照强度大，R₀₂电阻大，对应光照强度小，说明光斜向右下照射，所以应逆时针转动电池板，使光线和太阳能电池板垂直，直至 说明此时 两光敏电阻对应光照强度相同，电池板正对手电筒发出的光。 8 答案 (1)如图所示 (3)a (6)1.40 17 解题思路 (1)毫安表内阻可忽略，故毫安表不分压，则毫安表采用内接法，且要测量多组不同氧气含量下传感器两端电压，故控制电路采用滑动变阻器分压式接法。 (3)控制电路采用滑动变阻器分压式接法，则为保证测量电路安全，实验前应将滑动变阻器的滑片滑到a端。 (6)电压表分度值为0.1V，估读到分度值下一位刚好保留2位小数,示数为1.40 V。 在题图(b)中将氧气含量为20%时的数据标出，将各点连线作图线，由图线可看出，电压表示数为1.5V时，此瓶气体的氧气含量为17%。 9 答案 (1)负极 (2)①A A D(或C) ②减小 (3)增大 解题思路 (1)对调红、黑表笔前，电阻值无穷大，对调红、黑表笔后，红表笔接M，黑表笔接N，此时电阻值相对较小，说明测量的是二极管的正向电阻，由“红进黑出”知，此时黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极，即M 端为二极管的负极。 (2)①实验要求电压表和电流表的示数从0开始，所以滑动变阻器采用分压式接法，则L₂的另一端应接在A 接线柱；由于滑片位于左端，闭合开关后电压表和电流表的示数为0，则L₁的另一端应接在A 接线柱，L₃的另一端应接在D或C 接线柱。 ②I-U图线的斜率越大，说明电阻越小，所以由图像可知，光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而减小。 (3)当光照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时，发光二极管并不发光，说明三极管没有导通，b、e间的电压即R₁两端电压偏小，所以应增大可调电阻R₁的阻值，直至发光二极管发光。 学科网（北京）股份有限公司 $