内容正文:
可变电阻(非线性电阻) 图像综合应用专题
目录
01
考情
03
种类、特点
04
分析图像
05
解题思路
受周围环境等因素 影响的可变电阻
02 课程标准
例题
06
考情
中考加强了图像、图表信息类试题的考查力度
命题主要体现在识别物理特征与规律、反映物理过程、实验探究、综合应用等方面
综合考查学生对概念、规律的理解和应用能力,以及分析问题和解决问题的能力
因地区而异,占的比例大概在10%左右
可变电阻的应用在《同步练习》九年级全一册安排,如:
气敏电阻用于空气质量监测仪(P96)、测量环境光照强度(P124)、
家用燃气报警器(P144)、有害气体排放检测(P190);
热敏电阻用于恒温箱(P141)、温控装置(P185);
光敏电阻用于智能照明灯(P189);
压敏电阻用于超载自动报警系统(P184)
01
能根据实验目的整理信息,会用简单的图像或表格描述信息
能通过信息比较或图像分析发现其中的特点,进行初步的因果判断,形成结论并作出解释,能表述物理问题。
会用物理学术语、符号、图表等描述探究过程,说明探究结果,撰写简单的科学探究报告
课程标准
02
可变电阻种类、特点
03
1.力敏(压敏)电阻
2.热敏电阻
3.光敏电阻
4.湿敏电阻
电阻值随环境湿度的变化而变化
在黑暗环境中电阻值较大,当受到光照时电阻值迅速减小
可变电阻种类、特点
03
5.气敏电阻
6.压敏电阻
如:酒精检测仪
查酒驾时,当接触到的酒精气体浓度增加,其电阻值减小
电阻随着电压的改变而改变
因素 图像
坐标轴 变化趋势 与坐标轴的交点 整点1 整点2 整点3
力(压)敏电阻 压力 R—F
纵—横 F增大
R减小 0.05N,
40Ω 0.2N,
10Ω
热敏
电阻 温度 R—t
纵—横 t 升高
R增大 0℃,
10Ω 30℃,
30Ω 60℃,
60Ω 90℃,
100Ω
光敏
电阻 光照 R—Lux
纵—横 光照强
R减小 1.0Lux
25Ω
湿敏
电阻 空气湿度 R—H%
纵—横 湿度高
R减小 50%,
20Ω 80%,
10Ω
气敏
电阻 气体浓度 R—浓度
纵—横 浓度大
R减小 0mg/mL
(不喝酒)
60Ω 0.2mg/mL
(饮酒)、
30Ω 0.8mg/mL
10Ω >0.8mg/mL
醉酒、
<10Ω
分析图像
04
三线共点
解题思路
串联电路特点;并联电路特点;欧姆定律;电功率等知识。
横轴、纵轴物理量,原点含义,与坐标轴交点意义、整点坐标
电路的连接方式和各个元件的工作状态
文字说明、计算过程;对结果进行检验和分析。
分析图像涉及物理量
选择公式建立关联
串联、并联;电流表、电压表测量位置
解答
05
例题1
力(压)敏电阻
【2023广西统考】实践基地芒果获丰收,为筛选优质大果,设计自动筛选装置如图甲,检测装置电路图如图乙,电源电压恒为12V,R0电阻为20Ω,R为压敏电阻,其阻值随压力变化关系如图丙。当电路电流小于0.15A时,不达标的芒果将被推离传送带,达标芒果继续被传送到指定位置,实现自动筛选。
求:(1)R与R0阻值相等,R消耗的电功率;
(2)此装置能筛选出重力至少为多大的芒果;
(3)若想筛选出重力至少为2N的芒果,有同学建议:仅适当增加R0的阻值即可。你认为他的建议可行吗?请通过计算做出判断。
整点坐标:
0N, 100
1N, 60
2N, 40
F—R图像
(1)
初审
F增大,R减小
(2)
R与R0串联;电流表测量电路的电流;F增大,R减小;R0可换否?
(3)
规律:
R总=R0+R
I总=I0=I
I=
P=UI=I2R
U总=12V
=20
(4)
U总=12V
R0=20
当I
0.15A时,果不达标(轻了)
(1)R与R0阻值相等,R消耗的电功率
问:
R总=R0+R=40
I总=I0=I=
=0.3A
PR=I2R=1.8W
问:(2)此装置能筛选出重力至少为多大的芒果
I
0.15A时,不达标(F小了)
当I=0.15A时,选出合格的果,R=?,对应F=?
对应F=1N
R0=R总-R=40
可行
问:(3)当芒果的重力为2N,由图丙坐标,R=40 ;I=0.15A不变,R总=80则R0=?
解:(1)R与R0串联,当R与R0阻值相等,电路中的总电阻为
电路中的电流为
R消耗的电功率为
(2)当电路中电流为0.15A时,电路中的电阻为
此时R的电阻为
由图丙可知,当电阻R=60 时,对应的压力为1N,即芒果的重力为1N,所以此装置能筛选出重力至少为1N的芒果。
整点坐标:
0N, 100
1N, 60
2N, 40
(3)根据图丙可知,当芒果的重力为2N,也就是检测装置所受压力为2N,此时压敏电阻的阻值为 ,则需要R0的阻值为
适当增加R0的阻值,可以筛选出重力至少为2N的芒果。
答:(1)R消耗的电功率为 ;
(2)此装置能筛选出重力至少为1N的芒果;
(3)可行,此时R0的阻值为 。
热敏电阻
例题2
现代生物医学研究使用的细菌培养箱内的温度需要精确测控,测控的方法之一是用热敏电阻来探测温度。如图甲所示的电路,将热敏电阻置于细菌培养箱内,其余都置于箱外,这样就可以通过电流表或电压表的示数来表示箱内温度。已知该电路中电源电压是 12V,定值电阻R的阻值是 400Ω,热敏电阻 R0的阻值随温度变化的关系如图乙所示。求:
(1)根据所学的知识可以知道热敏电阻 R0的材料是
A.半导体 B.超导体 C.绝缘体 D.合金
(2)当培养箱内的温度为10℃时,求电流表和电压表的示数;
(3)若电流表量程是0-30mA, 电压表量程是0-6V,求此电路能测量的最高温度。
图像的整点坐标:
(10℃,800Ω)
(40℃,400Ω)
(60℃,200Ω)
(2)R与R0串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量R两端的电压,根据串联电路的电阻规律,总电阻为:R总=R+R0
初审
温度越高,电阻越小
(1)t-R0图像
(3)
规律:
R总=R0+R
I总=I0=I
I=
问:(2)当培养箱内的温度为10℃时,求电流表和电压表的示数。
U总=12V
R=400
(4)
U总=12V
R=400
t=10℃时,R0=800
I最大30mA或UR最大6V
判断选择,R0最小时,温度最高
30mA
6V
图像乙中,t=10℃时,R0=800Ω
R总=R0+R=800Ω+400Ω=1200Ω
电压表的示数U=IR=0.01A×400Ω=4V
问:(3)若电流表量程是0-30mA,电压表量程是0-6V,求此电路能测量的最高温度
UR=IR=0.03A×400Ω=12V>6V,不行
当I=30mA时
当UR=6V时
<30mA,可行
图乙坐标,R0=400Ω时
最高温度为40℃。
解:
(1)半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间,热敏电阻R0的材料是半导体,选A。
(2)图像乙中,温度为10℃时,R0=800Ω;图甲中,R与R0串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量R两端的电压,根据串联电路的电阻规律,总电阻为:R总=R+R0=400Ω+800Ω=1200Ω
由欧姆定律知,电流表的示数为
(3)当电路中电流为30mA时,电压表的示数为U2=I1R=0.03A×400Ω=12V
大于量程6V,所以电路中的电流不可能为30mA;当电压表的示数为6V时,电路中的最大电流为 热敏电阻的最小阻值为
在图像乙上得知,
热敏电阻的阻值为400Ω时,
最高温度为40℃。
图像的整点坐标:
(10℃,800Ω)
(40℃,400Ω)
(60℃,200Ω)
电压表的示数为U1=IR=0.01A×400Ω=4V
答:
如图1所示,RG是光敏电阻,R是阻值为10kΩ的定值电阻,电源电压U=9V。光敏电阻RG的阻值与光的照度(光照越强,照度越大,单位为Lux)关系;如图2所示,当照度增大时,RG的阻值将 。小芳将量程为3V的电压表接入图1电路,将其改装成照度表,为使光的照度增大时电压表的示数也增大,则该电压表应并联在 两端,能够测量的最大照度为 Lux。改装完成后,若小芳将电源换为电压可调电源(调节范围为12V~15V),且将R换为可调电阻(调节范围为5kΩ~20kΩ),则该装置所能测量的最大照度为 Lux。
例题3
光敏电阻
初审
图像2,
光照度增大
RG减小
(1)
V
(2)R与RG串联,电压表测量R两端的电压
(3)
规律:
R总=R0+R
I总=I0=I
I=
(4)
U总=9V
R=10000
问2:为使光的照度增大时电压表的示数也增大,电压表接在R或RG两端
推理:光照度增大,RG减小,由I= = ,电流变大,UR=IR,变大
电压表接在R两端,
问3:当电压表达到3V时,
RG两端的电压最小URG=U﹣UR=9V﹣3V=6V ,RG的阻值最小
对照图2知道,此时的最大照度为1.2Lux。
电路中的电流
问4:照度最大,需要RG小,电压表示数最大为3V,需选择较小的定值电阻R=5kΩ和较小的电源电压U=12V
URG′=U′﹣UR′=12V﹣3V=9V
对照图2知道,此时能测量的最大照度为1.4Lux。
解:由图2知道,光敏电阻RG的阻值随光的照度的增大而变小。
由图1知道,两电阻串联,根据串联分压原理,为使光的照度增大时电压表的示数也增大,应将电压表并联在定值电阻R的两端。
当电压表达到3V时,电路中的电流为 =3x10-4 A
RG两端的电压最小为URG=U﹣UR=9V﹣3V=6V RG的阻值
对照图2知道,此时的最大照度为1.2Lux。
换成可调电源(12V~15V)和可调电阻R(5kΩ~20kΩ)后,选择较小的定值电阻R=5kΩ和较小的电源电压U=12V时,照度最大,电压表仍并联在可调电阻的两端,当电压表示数达到3V时,电路中的电流
对照图2知道,此时能测量的最大照度为1.4Lux。
URG′=U′﹣UR′=12V﹣3V=9V
V
湿敏电阻
例题4
小伟给学校劳动实践基地的蔬菜大棚设计了一个测量空气湿度的电路图,如图甲所示。电源电压恒为6V,定值电阻R0的阻值为20Ω,湿敏电阻R的阻值随空气湿度H的变化关系图乙所示。下列分析正确的是( )
A.空气湿度越大,湿敏电阻R的阻值越大
B.空气湿度越大,电压表示数越小
C.当空气湿度为40%时,电压表的示数为3.6V
D.当电路中电流为0.15A时,空气湿度为50%
解:
整点坐标:
(40% ,30 )
(50%,20 )
(60%,25 )
(80%,10 )
空气湿度越大,湿敏电阻R的阻值越小。 A错
(2)湿度越大,R的阻值减小,R与R0串联,总电阻减小,由I=U/R总,电流变大,电压表的示数为U0=IR0,变大 。B错
U=6V
20
(1)
(3)当空气湿度为40%时,R=30 ,R总=R+R0=50
30
这时,I=U/R总=0.12A,电压表的示数为U0=IR0=2.4V,C错
(4)当电路中电流为0.15A时,
R总=U/I=40
R=R总-R0=20
由图乙坐标,空气湿度为50%
D正确
气敏电阻
例题5
为了防止酒驾事故的出现,酒精测试仪已被广泛应用。交警使用的某型号酒精测试仪的工作原理如图甲所示:电源电压恒为8V,气敏电阻R2的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小,当酒精气体的浓度为0时,R2的电阻为60Ω(如图乙所示),使用前要通过调零旋扭(即滑动变阻器R1的滑片)对酒精测试仪进行调零,此时电压表的示数为6V。
(1)电压表的示数为6V时,滑动变阻器R1的接入电路的电阻值为多少?
(2)调零后,R1的电阻保持不变。某驾驶员对着酒精测试仪吹气10s,电流表的示数达到0.2A,此时电压表的示数为多少?气敏电阻R2的阻值是多少?
(3)现在国际公认的酒驾标准是0.2mg/mL≤酒精气体浓度≤0.8mg/mL,根据图乙图像判断该驾驶员是否为酒驾。
整点坐标:
(0.2mg/mL,30Ω)
(0.3mg/mL,20Ω)
(0.8mg/mL,10Ω)
整点坐标:
(0.2mg/mL,30Ω)
(0.3mg/mL,20Ω)
(0.8mg/mL,10Ω)
解:
(1)图甲中,R1与R2串联,电流表测量电路中的电流,电压表测量R2两端的电压,U2=6V时,R2=60Ω,根据串联电路的电流规律、欧姆定律,I1=I2= =0.1A,根据串联电路的电压规律,R1两端的电压为
R1=U1/I1=20
(2)调零后,R1的电阻保持不变,电流表的示数达到0.2A,此时R1两端电压
电压表的示数
气敏电阻R2的阻值
(3)当气敏电阻R2的阻值为20Ω时,由图乙可知,被检测者的酒精气体浓度为0.3mg/mL,即在
范围内,所以被检测者属于酒驾。
0mg/mL,60没喝酒
U=8V
饮酒
作业:完成“考情”提到的练习题
小结
谢谢聆听
$