2022年高中物理 《傳感器及其應(yīng)用》教案 教科版選修1-1
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1、2022年高中物理 《傳感器及其應(yīng)用》教案 教科版選修1-1 課時(shí)安排:2課時(shí) 教學(xué)目標(biāo):1.知道什么是傳感器,知道傳感器是由敏感元件、電子線路與控制線路等組成的 2.常見(jiàn)的傳感器工作原理及簡(jiǎn)單應(yīng)用 3.應(yīng)用傳感器知識(shí)解決一些實(shí)際問(wèn)題 本講重點(diǎn):常見(jiàn)的傳感器工作原理及簡(jiǎn)單應(yīng)用 本講難點(diǎn):應(yīng)用傳感器知識(shí)解決一些實(shí)際問(wèn)題 考點(diǎn)點(diǎn)撥:1.熱敏電阻的特性 2.光敏電阻的特性 3.力傳感器的應(yīng)用 4.溫度傳感器的應(yīng)用 5.霍爾元件的應(yīng)用 第一課時(shí) 一、考點(diǎn)掃描 知識(shí)整合 1.什么是傳感器?它是怎樣的一類(lèi)元件? 2.熱敏電阻和金屬熱電阻是一回事嗎?它們的阻值隨溫
2、度分別怎樣變化? 3.霍爾電壓UH=__________,式中各量分別表示什么? 4.光敏電阻有何特性? 5.傳感器應(yīng)用的一般模式是怎樣的?請(qǐng)畫(huà)圖表示。 6.常用的一種力傳感器是由_________和__________組成的,________是一種敏感元件,現(xiàn)在多用半導(dǎo)體材料組成,受壓時(shí)其上表面拉伸,電阻變_____,下表面壓縮,電阻變_____。外力越大,這兩個(gè)表面的電壓差值就越_____。 7.指出以下傳感器應(yīng)用的實(shí)例中,所應(yīng)用的傳感器,或主要元件。 (1)電子秤:_________的應(yīng)用,敏感元件是_________ (2)話筒:_________的應(yīng)用,分_______
3、和_________兩種。 (3)電熨斗:_________的應(yīng)用,敏感元件是_________,作用:控制________的通斷。 (4)電飯鍋:_________的應(yīng)用,敏感元件是_________,作用:控制________的通斷。 (5)測(cè)溫儀:_________的應(yīng)用,測(cè)溫元件是________或_________、________、_________。 (6)鼠標(biāo)器:_________的應(yīng)用,主要元件是________或_________ (7)火災(zāi)報(bào)警器:_________的應(yīng)用,利用煙霧對(duì)____________來(lái)工作的。 二、高考要點(diǎn)精析 (一)熱敏電阻的特性
4、 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。與金屬熱電阻的特性相反。 【例1】如圖所示,將多用表的選擇開(kāi)關(guān)置于“歐姆”擋,再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 Rt(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻)的兩端相連,這時(shí)表針恰好指在刻度盤(pán)的正中間.若往R t上擦一些酒精,表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng);若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,表針將向________(填“左”或“右”)移動(dòng)。 分析:若往R t上擦一些酒精,由于酒精蒸發(fā)吸熱,熱敏電阻R t溫度降低,電阻值增大,所以電流減少,指針應(yīng)向左偏;用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻,電阻R t溫度升高,電阻值減小,電
5、流增大,指針向右偏. 答案:左 右 點(diǎn)評(píng):歐姆表的表盤(pán)刻度最右側(cè)為 0,最左側(cè)為最大值. ☆考點(diǎn)精煉 1.如圖所示,R 1為定值電阻,R 2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻),L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時(shí)( ) A.R 1兩端的電壓增大 B.電流表的示數(shù)增大 C.小燈泡的亮度變強(qiáng) D.小燈泡的亮度變?nèi)? (二)光敏電阻的特性 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度有關(guān)。光照越強(qiáng),阻值越小。 【例2】如圖所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏電阻,當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí),(
6、) A.電壓表的示數(shù)增大 B.R2中電流減小 C.小燈泡的功率增大 D.電路的路端電壓增大 分析:當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí),R3阻值減小,外電路電阻隨R3的減小而減小,R1兩端電壓因干路電流增大而增大,同時(shí)內(nèi)電壓增大,故電路路端電壓減小,而電壓表的示數(shù)增大,A項(xiàng)正確, D項(xiàng)錯(cuò)誤;由路端電壓減小,而R1兩端電壓增大知,R2兩端電壓必減小,則R2中電流減小,故B項(xiàng)正確;結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大,則小燈泡的功率增大. 答案:ABC ☆考點(diǎn)精煉 2.如圖所示,將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆檔,再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻Rt的兩端相連,這時(shí)表針
7、恰好指在刻度盤(pán)的正中間.若用不透光的黑紙將Rt包裹起來(lái),表針將向_______(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng);若用手電筒光照射Rt,表針將向_______(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)。 (三)力傳感器的應(yīng)用 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 力傳感器是將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的元件。 【例3】如圖所示為某種電子秤的原理示意圖,AB為一均勻的滑線電阻,阻值為R,長(zhǎng)度為L(zhǎng),兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭,P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng),彈簧處于原長(zhǎng)時(shí),P1剛好指著A端,P1與托盤(pán)固定相連,若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí),該電壓經(jīng)過(guò)放大,通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小.已知彈簧的勁度系數(shù)
8、為k,托盤(pán)自身質(zhì)量為m0,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì),當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。求: (1)托盤(pán)上未放物體時(shí),在托盤(pán)自身重力作用下,P1離A的距離xl. (2)托盤(pán)上放有質(zhì)量為m的物體時(shí),P1離A的距離x2. (3)在托盤(pán)上未放物體時(shí)通常先核準(zhǔn)零點(diǎn),其方法是:調(diào)節(jié)P2,使P2離A的距離也為xl,從而使P1、P2間的電壓為零.校準(zhǔn)零點(diǎn)后,將物體m放在托盤(pán)上,試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式. 分析:托盤(pán)的移動(dòng)帶動(dòng)P1移動(dòng),使P1、P2間出現(xiàn)電勢(shì)差,電勢(shì)差的大小反映了托盤(pán)向下移動(dòng)距離的大小,由于R為均勻的滑線電阻,則其阻值與長(zhǎng)度成正比. 解:(1)由力的平衡知識(shí)知:
9、 解得 (2)放上重物重新平衡后, 解得 (3)由閉合電路歐姆定律知E=IR 由部分電路歐姆定律:U=IRx 由,其中x為P1、P2間的距離,Rx為P1、P2間的電阻,則 聯(lián)立解得 點(diǎn)評(píng):在有關(guān)力電傳感器的計(jì)算中,必然涉及電路計(jì)算,注意歐姆定律及分壓原理的應(yīng)用. ☆考點(diǎn)精煉 3.磁場(chǎng)具有能量,磁場(chǎng)中單位體積所具有的能量叫做能量密度,其值為.式中B是磁感應(yīng)強(qiáng)度,是磁導(dǎo)率,在空氣中為一已知常數(shù).為了近似測(cè)得條形磁鐵磁極端面附近的磁感強(qiáng)度B,一學(xué)生用一根端面面積為A的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片P,再用力將鐵片與磁鐵拉開(kāi)一段微小距離,并測(cè)出拉力F,如圖所示.因?yàn)镕所做的
10、功等于間隙中磁場(chǎng)的能量,所以由此可得磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F、A之間的關(guān)系為B=_______ 第二課時(shí) (四)溫度傳感器的應(yīng)用 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 溫度傳感器是將溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電流這個(gè)電學(xué)量的。 【例4】家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件,PTC元件是由酞酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器,其電阻率與溫度的關(guān)系如圖所示,由于這種特性,PTC元件具有發(fā)熱、控溫兩重功能,對(duì)此以下說(shuō)法中正確的是( ) A.通電后其功率先增大后減小 B.通電后其功率先減小后增大 C.當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí),溫度保持在t1至t2的某一值不變 D.當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時(shí)
11、,溫度保持在t1或t2不變 解析:根據(jù)PTC元件的電阻率隨溫度變化的曲線,可知在常溫下,它的電阻是相當(dāng)小的,通入電流以后,隨著溫度的升高,其電阻率先變小后增大,那么它的功率先變大,后變小,溫度保持在在t1至t2的某一值不變,這時(shí)候電路處于穩(wěn)定狀態(tài),如果溫度再升高,電阻率變大,導(dǎo)致電流變小,溫度就會(huì)降下來(lái);如果溫度降低,電阻率減小,導(dǎo)致電流變大,溫度就會(huì)升上去,所以本題正確答案為A、C。 答案:AC ☆考點(diǎn)精煉 4.一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件,合金絲電阻隨溫度t變化的關(guān)系如圖中實(shí)線①所示.由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同,熨斗的散熱功率不同,因而熨斗的溫度可能會(huì)在較大范
12、圍內(nèi)波動(dòng),易損壞衣物.
有一種用主要成分為BaTiO3被稱(chēng)為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗,具有升溫快、能自動(dòng)控制溫度的特點(diǎn).PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示.試根據(jù)圖線分析:
(1)為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時(shí)比普遍電熨斗升溫快?
(2)通電一段時(shí)間后電熨斗溫度t自動(dòng)地穩(wěn)定在T_____ 13、A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差,這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)電勢(shì)差U,電流I和B的關(guān)系為U=k?,式中的比例系數(shù)k稱(chēng)為霍爾系數(shù)。
霍爾效應(yīng)可解釋如下:外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè),在導(dǎo)體板的另一側(cè)出現(xiàn)多余的正電荷,從而形成橫向電場(chǎng),橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力,當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí),導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。
設(shè)電流I是由電子定向流動(dòng)形成的,電子的平均定向速度為v,電量為e,回答下列問(wèn)題:
(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(shì) 下側(cè)面A的電勢(shì)(填高于、低于或等于)。
(2)電子所受的洛倫茲力的 14、大小為 。?
(3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢(shì)差為U時(shí),電子所受的靜電力的大小為 .
(4)由靜電力和洛倫茲力平衡的條件,證明霍爾系數(shù)k=,其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)。
解析:霍爾效應(yīng)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是課本里沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的一個(gè)新知識(shí),但試題給出了霍爾效應(yīng)的解釋?zhuān)髮W(xué)生在理解的基礎(chǔ)上,調(diào)動(dòng)所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題,這實(shí)際上是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的測(cè)試,具有較好的信度和效度。
(1)首先分析電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí)的微觀物理過(guò)程。由于導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電流是電子的定向運(yùn)動(dòng)形成的,電流方向從左到右,電子運(yùn)動(dòng)的方向從右到左。根據(jù)左手定則可判斷電子受到 15、的洛侖茲力的方向向上,電子向A板聚集,A1板出現(xiàn)多余的正電荷,所以A板電勢(shì)低于A1板電勢(shì),應(yīng)填“低于”。
(2)電子所受洛侖茲力的大小為
(3)橫向電場(chǎng)可認(rèn)為是勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度 ,電子所受電場(chǎng)力的大小為
(4)電子受到橫向靜電力與洛倫茲力的作用,由兩力平衡有
e=evB 可得U=h v B
通過(guò)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度微觀表達(dá)式為
由題目給出的霍爾效應(yīng)公式 ,有
得
點(diǎn)評(píng):①該題是帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),但原先只有磁場(chǎng),電場(chǎng)是在通電后自行形成的,在分析其他問(wèn)題時(shí),要注意這類(lèi)情況的出現(xiàn)。②聯(lián)系宏觀量I和微觀量的電流表達(dá)式 是一個(gè)很有用的公式。
☆考點(diǎn)精煉
5.電磁 16、流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體(如污水)在管中的流量(在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管內(nèi)橫截面的流體的體積)。為了簡(jiǎn)化,假設(shè)流量計(jì)是如圖7所示的橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道,其中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a、b、c,流量計(jì)的兩端與輸送液體的管道相連接(圖中虛線)。圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料,前后兩面是絕緣材料,現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí),在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接,I表示測(cè)得的電流值。已知流體的電阻率為ρ,不計(jì)電流表的內(nèi)阻,則可求得流量為
A. B.
C. D.
考點(diǎn)精煉 17、參考答案
1.分析:R 2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián),與電源構(gòu)成閉合電路,當(dāng)熱敏電阻溫度降低時(shí),電阻R 2增大,外電路電阻增大,電流表讀數(shù)減小,燈 L電壓增大,燈泡亮度變強(qiáng),R1兩端電壓減小,故 C正確,其余各項(xiàng)均錯(cuò).
答案:C
2.簡(jiǎn)析:光敏電阻受光照越強(qiáng),電阻越小,電流越大,所以將Rt包裹起來(lái)電阻增大,電流減小,指針向左偏,反之向右偏.
答案:左 右
3.簡(jiǎn)析:在用力將鐵片與磁鐵拉開(kāi)一段微小距離的過(guò)程中,拉力F可認(rèn)為不變,因此,F(xiàn)所做的功.
以w表示間隙中磁場(chǎng)的能量密度,則間隙中磁場(chǎng)的能量.
由題給條件得. 故
因?yàn)镕所做的功等于間隙中磁場(chǎng)的能量,即W=E,故有
解得
18、4.答案:(1)冷態(tài)時(shí)PTC電阻很小,電功率很大,所以升溫很快(2)6 7
5.答案:A
三、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練
1.利用半導(dǎo)體材料可以制成( )
A.標(biāo)準(zhǔn)電阻 B.熱敏電阻 C.光敏電阻 D.晶體管
2.下列方法有可能使半導(dǎo)體材料的電阻率減小的是( )
A.升高半導(dǎo)體的溫度 B.用光照射半導(dǎo)體
C.在半導(dǎo)體中加入微量其它雜質(zhì) D.以上情況都不可能
3.有一電學(xué)元件,溫度升高時(shí)電阻卻大幅度減小,則這種元件可能是( )
A.金屬導(dǎo)體 B.絕緣體 C.半 19、導(dǎo)體 D.超導(dǎo)體
4.關(guān)于各種材料的電阻率,下列說(shuō)法正確的是( )
A.純金屬的電阻率較合金的電阻率小
B.把一根長(zhǎng)導(dǎo)線截成兩段,每段的電阻率是原來(lái)的
C.任何材料的電阻率在任何條件下都不可能為零
D.任何材料的電阻率都隨溫度的升高而增大
5.如圖所示是電容式話筒的示意圖,它是利用電容制作的傳感器,話筒的振動(dòng)膜前面鍍有薄薄的金屬層,膜后距膜幾十微米處有一金屬板,振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極,在兩極間加一電壓U ,人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí),振動(dòng)膜前后振動(dòng),使電容發(fā)生變化,導(dǎo)致話筒所在的電路中的其它量發(fā)生變化,使聲音信號(hào)被話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào),其中導(dǎo)致電容變 20、化的原因可能是電容器兩板間的( )
A.距離變化 B.正對(duì)面積變化
C.介質(zhì)變化 D.電壓變化
6.如圖所示是一種延時(shí)開(kāi)關(guān),當(dāng)S1閉合時(shí),電磁鐵F將銜鐵D吸下,C線路接通。當(dāng)S1斷開(kāi)時(shí),由于電磁感應(yīng)作用,D將延遲一段時(shí)間才被釋放。則
A.由于A線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用
B.由于B線圈的電磁感應(yīng)作用,才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用
C.如果斷開(kāi)B線圈的電鍵S2,無(wú)延時(shí)作用
D.如果斷開(kāi)B線圈的電鍵S2,延時(shí)將變長(zhǎng)
7.如圖所示為一測(cè)定液面高低的傳感器示意圖,A為固定的導(dǎo)體芯,B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì),C為導(dǎo)電液體,把傳 21、感器接到圖示電路中,已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn),則導(dǎo)電液體的深度h變化為( )
A.h正在增大 B.h正在減小
C.h不變 D.無(wú)法確定
8.隨著生活質(zhì)量的提高,自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)人家庭。洗手后,將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī),機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱,有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出,將濕手烘干。手靠近干手機(jī)能使傳感器工作,是因?yàn)椋? )
A.改變了濕度 B.改變了溫度
C.改變了磁場(chǎng) D.改變了電容
9.如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖,其中L為含鐵芯的線圈.P為可經(jīng)O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片,K為彈 22、簧,S為一對(duì)觸頭,A、B、C、D為四個(gè)接線柱.電磁繼電器與傳感器配合,可完成自動(dòng)控制的要求.其工作方式是( )
A.A與B接信號(hào)電壓,C與D可跟被控電路串聯(lián)
B.A與B接信號(hào)電壓,C與D可跟被控電路并聯(lián)
C.C與 D接信號(hào)電壓,A與B可跟被控電路串聯(lián)
D.C與 D接信號(hào)電壓,A與B可跟被控電路并聯(lián)
10.演示位移傳感器的工作原理如圖所示,物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí),帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿P,通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù),來(lái)反映物體位移的大小x,假設(shè)電壓表是理想的,則下列說(shuō)法正確的是( )
A.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí),電源內(nèi)的電流會(huì)發(fā)生變化
B.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí),電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化
C 23、.物體M不動(dòng)時(shí),電路中沒(méi)有電流
D.物體M不動(dòng)時(shí),電壓表沒(méi)有示數(shù)
11.下述儀器或裝置用到傳感器的有__________(填字母代號(hào))
A.自動(dòng)報(bào)警器 B.電子臺(tái)秤 C.電視遙控器 D.紅外線探測(cè)儀
12.為解決樓道的照明問(wèn)題,在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與控制電燈的電路相接。當(dāng)樓道內(nèi)有走動(dòng)而發(fā)出聲響時(shí),電燈即被電源接通而發(fā)光,這種傳感器為_(kāi)_______傳感器,它輸入的是_________信號(hào),經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后,輸出的是_________信號(hào)。
13.光電傳感器利用_________將___________信號(hào)轉(zhuǎn)換成了__________信號(hào);熱電傳感 器利用_____ 24、_______將_________信號(hào)轉(zhuǎn)換成了___________信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。
14.如圖所示,由電源、小燈泡、電阻絲、開(kāi)關(guān)組成的電路中,當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后,小燈泡正常發(fā)光,若用酒精燈加熱電阻絲時(shí),發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化是___________,發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是________(填字母代號(hào))
A.小燈泡的電阻發(fā)生了變化
B.小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化
C.電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化
D.電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化
圖 12
15.如圖所示為一種加速度儀的示意圖。質(zhì)量為m的振子兩端連有勁度系數(shù)均為k的輕彈簧,電源的電動(dòng)勢(shì)為E,不計(jì)內(nèi)阻,滑動(dòng)變阻器的總 25、阻值為R,有效長(zhǎng)度為L(zhǎng),系統(tǒng)靜止時(shí)滑動(dòng)觸頭位于滑動(dòng)變阻器正中,這時(shí)電壓表指針恰好在刻度盤(pán)正中。求:
⑴系統(tǒng)的加速度a(以向右為正)和電壓表讀數(shù)U的函數(shù)關(guān)系式。
⑵將電壓表刻度改為加速度刻度后,其刻度是均勻的還是不均勻的?為什么?
⑶若電壓表指針指在滿刻度的3/4位置,此時(shí)系統(tǒng)的加速度大小和方向如何?
16.某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量,找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器,該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k),如圖所示,測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓,使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0;而后在其受壓面上放一物體,即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。
現(xiàn)有下列器材:力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、 26、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè),開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上).
請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量:
(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路,要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)。并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大,畫(huà)出這一完整的電路(包括力電轉(zhuǎn)換器在內(nèi))
(2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟,求出比例系數(shù)k,并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m.
(3)設(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題.
17.現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干.如圖所示,試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路.要求溫度低于某一溫度時(shí),電爐絲自動(dòng)通電供熱,超過(guò)某一溫度時(shí),又可以自動(dòng)斷電,畫(huà)出電路圖說(shuō)明工作過(guò)程.
考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練參考答案
1.BCD 27、點(diǎn)撥:標(biāo)準(zhǔn)電阻是幾乎不受溫度影響的電阻,一般是用錳銅合金或鎳銅合金制作的。
2.ABC
3.C點(diǎn)撥:金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而增大,超導(dǎo)體的電阻幾乎為零,半導(dǎo)體(如熱敏電阻)的阻值隨溫度升高而減小。
4.A 點(diǎn)撥:合金的電阻率比純金屬的大,故A正確;金屬電阻率是金屬導(dǎo)體的特性,故B錯(cuò);超導(dǎo)材料達(dá)到一定低溫時(shí),其電阻率可達(dá)到零,故C錯(cuò);半導(dǎo)體(熱敏電阻)的電阻率隨溫度升高而減小,故D錯(cuò)。
5.A 解析:電容式話筒中振動(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器相當(dāng)于一個(gè)平行板電容器。當(dāng)人對(duì)著話筒說(shuō)話時(shí),振動(dòng)膜前后振動(dòng),使兩極板間的距離發(fā)生變化,從而導(dǎo)致電容器的電容發(fā)生變化.所以選A.
6.B 28、C
7.B 點(diǎn)撥:由電源極性及電流方向可知,A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小,據(jù),電容C在減小,可推知正對(duì)面積S減小,即h在減小。
8.D 人是導(dǎo)體,可以與其它導(dǎo)體構(gòu)成電容器。手靠近干手機(jī)時(shí),改變了設(shè)置在干手機(jī)內(nèi)的電容式傳感器的電容,干手機(jī)開(kāi)始工作。能否用濕度和溫度來(lái)驅(qū)使電熱器工作,理論上是可行的,但作為干手機(jī),這種傳感器的設(shè)置有很大缺陷。干手機(jī)周?chē)沫h(huán)境(如濕度和溫度)一年四季都在變化,與手的靠近無(wú)關(guān),假如濕度、溫度發(fā)生變化,干手機(jī)就馬上工作,豈不成了“室內(nèi)烘干機(jī)”?故選項(xiàng)D正確。
9.A 分析:由圖可知A、B是電磁繼電器線圈,所以A、B應(yīng)接信號(hào)電壓,線圈隨信號(hào)電壓變化使電磁繼電器 29、相吸或排斥,從而使C、D接通或斷開(kāi),進(jìn)而起到控制作用.所以選項(xiàng)A正確.
10.B 分析:電壓表為理想電表,則電壓表不分流,故觸頭移動(dòng)時(shí)不會(huì)改變電路的電阻,也就不會(huì)改變電路中的電流,故A錯(cuò)誤;電壓表測(cè)得是觸頭P左側(cè)電阻分得的電壓,故示數(shù)隨物體M的移動(dòng),亦即觸頭的運(yùn)動(dòng)而變,故B正確,C、D錯(cuò)誤.
11.A、B、C、D
12.聲電;聲;電
13.光敏電阻;光;電;熱敏電阻;溫度;電
14.變暗; C
點(diǎn)撥:電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大,電阻也增大,根據(jù)知,小燈泡的實(shí) 際功率減小,所以變暗。
15.解:(1)當(dāng)振子向左偏離中間位置x距離時(shí),由牛頓第二定律得
30、① (2分)
電壓表的示數(shù)為
② (2分)
由以上兩式解得 ③ (2分)
(2)均勻,因?yàn)榧铀俣萢與電壓表示數(shù)U是一次函數(shù)(線性關(guān)系)。
(3)當(dāng)滑動(dòng)觸頭滑到最右端時(shí),電壓表最大示數(shù),電壓表指針指在滿刻度的3/4位置時(shí), (2分)
代入③式解得 方向向左。 (2分)
16.分析:(1)力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個(gè)全新的儀器,但它與其他所有測(cè)量?jī)x器一樣,有它們的共性,即需要有一個(gè)“調(diào)零”步驟,這個(gè)“調(diào)零”工作的要求就是當(dāng)受壓面上不放物體時(shí)通過(guò)對(duì)輸入電路的輸入電壓的調(diào)節(jié)從而使輸出電壓為零,這就是力電轉(zhuǎn)換器的“調(diào)零”.
(2)為了使輸入電路 31、上的電壓可調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍盡可能大一些,可以用滑動(dòng)變阻器組成分壓電路.
(3)根據(jù)題給信息“被測(cè)物體質(zhì)量與輸出電壓成正比”,先在受壓面上放質(zhì)量為m0的砝碼,測(cè)出其輸出電壓U0,然后將待測(cè)物體放在受壓面上,測(cè)出其輸出電壓U,根據(jù)兩者的比例關(guān)系,便可得出m.
解:(14分)(1)設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示。(4分)
(2)測(cè)量步驟與結(jié)果如下:
①閉合開(kāi)關(guān) S,調(diào)節(jié)變阻器的滑片 P,使力電轉(zhuǎn)換 器的輸出電壓為零.(1分)
②將質(zhì)量為m0的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上,記下此時(shí)的輸出電壓U0.(1分)
③取下砝碼,將待測(cè)物體放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上,記下此時(shí)的輸出電壓U。(1分)
由以上測(cè)量可 32、求出比例系數(shù)k及待測(cè)物體的質(zhì)量m
因?yàn)閁0=km0g,所以有: (2分)
又由于U = kmg,所以待測(cè)物體的質(zhì)量為: (2分)
(3)實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題有: (3分)
①因電源電壓太小而輸出電壓調(diào)不到零.
②待測(cè)物體的質(zhì)量超過(guò)此力電轉(zhuǎn)換器的量程.
(提出其它問(wèn)題,只要合理可酌情給分,答出上面任一條給2分,答全給3分)
17.分析:熱敏電阻R1與滑動(dòng)變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路.
答案:(1)電路圖如圖所示
(2)工作過(guò)程:閉合S當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)熱敏電阻阻值大,通過(guò)電磁繼電器電流不能使它工作,K接通電爐絲加熱.當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí),熱敏電阻減小到某值,通過(guò)電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流,K斷開(kāi),電爐絲斷電,停止供熱.當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值,又重復(fù)前述過(guò)程.
點(diǎn)評(píng):該電路可以用于恒溫箱、自動(dòng)孵化器等,電路設(shè)計(jì)是高中電學(xué)應(yīng)了解的內(nèi)容,對(duì)于培養(yǎng)能力、理論聯(lián)系實(shí)際將起到推動(dòng)作用,也是高考的趨向.
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