2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 專題02 傳感器的簡(jiǎn)單使用問(wèn)題知識(shí)點(diǎn).doc
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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 專題02 傳感器的簡(jiǎn)單使用問(wèn)題知識(shí)點(diǎn) 主標(biāo)題:傳感器的簡(jiǎn)單使用 副標(biāo)題:剖析考點(diǎn)規(guī)律,明確高考考查重點(diǎn),為學(xué)生備考提供簡(jiǎn)潔有效的備考策略。 關(guān)鍵詞:傳感器 難度:3 重要程度:5 內(nèi)容: 考點(diǎn)剖析: 在現(xiàn)代生活中傳感器的應(yīng)用是相當(dāng)廣泛的, 如環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸、家庭生活、宇宙開(kāi)發(fā)等。傳感器主要擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù),在自動(dòng)控制和信息處理技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用,常用的自動(dòng)報(bào)警器、電視遙控器、紅外探測(cè)儀等都離不開(kāi)傳感器。傳感器是指一些能感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元器件。 近幾年傳感器成為高考的一個(gè)新熱點(diǎn),其元器件也當(dāng)然是高考考查的范圍。傳感器的元器件主要有光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、霍爾元件等。 典型例題 例1.傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù),在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用,傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(通常是電學(xué)量),例如熱傳感器,主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻,熱敏電阻隨溫度變化的圖線如圖甲所示,圖乙是用熱敏電阻R1作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器原理圖,則 (1)為了使溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警器鈴響,開(kāi)關(guān)應(yīng)接在________(選填“a”或“b”)。 (2)若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些,應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向________移動(dòng)(選填“左”或“右”)。 【解析】(1)a (2)左 溫度較高時(shí),熱敏電阻阻值減小,圖乙中通電螺線管的磁性增強(qiáng),將與彈簧相連的金屬導(dǎo)體向左吸引,要使報(bào)警器所在電路接通并報(bào)警的話,開(kāi)關(guān)應(yīng)接在a。要實(shí)現(xiàn)溫度更高時(shí),即熱敏電阻阻值更小時(shí)才將報(bào)警器電路接通,應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值調(diào)大,即P向左移動(dòng)。 例2.如圖所示,一熱敏電阻RT 放在控溫容器M內(nèi); A為毫安表,量程6 mA,內(nèi)阻為數(shù)十歐姆;E為直流電源,電動(dòng)勢(shì)約為3 V,內(nèi)阻很小;R為電阻箱,最大阻值為999.9 Ω;S為開(kāi)關(guān)。已知RT 在95 ℃時(shí)阻值為150 Ω,在20 ℃時(shí)的阻值約為550 Ω。現(xiàn)要求在降溫過(guò)程中測(cè)量在95 ℃~20 ℃之間的多個(gè)溫度下RT 的阻值。 (1)在圖中畫(huà)出連線,完成實(shí)驗(yàn)原理電路圖。 (2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空。 ① 依照實(shí)驗(yàn)原理電路圖連線。 ② 調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度,使得RT 溫度為95 ℃。 ③ 將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?,以保證儀器安全。 ④ 閉合開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱,記錄電流表的示數(shù)I0 ,并記錄 。 ⑤ 將RT的溫度降為T(mén)1 (20 ℃<T1<95 ℃),調(diào)節(jié)電阻箱,使得電流表的讀數(shù) ,記錄 。 ⑥ 溫度為T(mén)1時(shí)熱敏電阻的電阻值RT1= 。 ⑦ 逐步降低T1的數(shù)值,直至20 ℃為止,在每一溫度下重復(fù)步驟⑤⑥。 【解析】(1)如圖所示。根據(jù)題圖可知,圖中只有一個(gè)直流電流表可以用來(lái)測(cè)量和觀察,不可能用伏安法測(cè)量電阻,應(yīng)該用替代法來(lái)測(cè)量電阻。將熱敏電阻、電阻箱和電流表串聯(lián)形成測(cè)量電路,如圖所示。已知熱敏電阻RT阻值在95 ℃和20 ℃阻值,并且熱敏電阻的初始溫度為95 ℃,所以,當(dāng)保持電流表示數(shù)不變時(shí),總電阻保持不變,即閉合開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱后,電阻箱和熱敏電阻的阻值之和與RT 在95 ℃時(shí)的阻值150 Ω加上電阻箱的初始值之和相等。 (2)電阻箱的讀數(shù);仍為,電阻箱的讀數(shù);。根據(jù)(1)可知,在這兩種情況下,電流表的示數(shù)保持不變,可以列出等式 , 聯(lián)立以上兩式解得。 例3.用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻RT,在給定溫度范圍內(nèi),其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學(xué)將RT和兩個(gè)適當(dāng)?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖1虛線框內(nèi)所示的電路,以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的,且具有合適的阻值范圍。為了驗(yàn)證這個(gè)設(shè)計(jì),他采用伏安法測(cè)量在不同溫度下RL的阻值,測(cè)量電路如圖1所示,圖中的電壓表內(nèi)阻很大。RL的測(cè)量結(jié)果如表1所示。 圖1 溫度t(℃) 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 RL阻值(Ω) 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 表1 (1)根據(jù)圖1所示的電路,在圖2所示的實(shí)物圖上連線。 圖2 (2)為了檢驗(yàn)RL與t之間近似為線性關(guān)系,在坐標(biāo)紙上作出RL-t關(guān)系圖線。 (3)在某一溫度下,電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖3、4所示。電流表的讀數(shù)為_(kāi)_______,電壓表的讀數(shù)為_(kāi)______。此時(shí)等效電阻RL的阻值為_(kāi)______;熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為_(kāi)_______。 圖3 圖4 【解析】(1)連線如圖所示 。(2)RL-t關(guān)系曲線如圖所示。(3) 115 mA ,5.00 V, 43.5 Ω,64.0 ℃。因?yàn)殡娏鞅淼淖钚】潭葹? mA,故讀數(shù)時(shí)只需要精確到1 mA,所以電流表的讀數(shù)為115 mA;而電壓表的最小刻度為0.1 V,故讀數(shù)時(shí)要估讀到0.01 V,所以電壓表的讀數(shù)為5.00 V。等效電阻,結(jié)合圖像可知熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為64.0 ℃。 例4.青島奧運(yùn)會(huì)帆船賽場(chǎng)采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電,為路燈提供電能。用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開(kāi)關(guān),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化,作為簡(jiǎn)化模型,可以近似認(rèn)為,照射光較強(qiáng)(如白天)時(shí)電阻幾乎為0,照射光較弱(如黑天)時(shí)電阻接近于無(wú)窮大。利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開(kāi)關(guān),可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉,黑天打開(kāi)。電磁開(kāi)關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接。當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50 mA時(shí),電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點(diǎn)分離,3、4斷開(kāi);電流小于50 mA時(shí),3、4接通。勵(lì)磁線圈中允許通過(guò)的最大電流為100 mA。 (1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路,畫(huà)出電路原理圖。 光敏電阻,符號(hào)R1 ;燈泡L,額定功率40 W,額定電壓36 V,符號(hào)L ;保護(hù)電阻,符號(hào)R2 ;電磁開(kāi)關(guān),符號(hào)1 2 3 4 ;蓄電池E,電壓36 V,內(nèi)阻很??;開(kāi)關(guān)S;導(dǎo)線若干。 (2)回答下列問(wèn)題: ①如果勵(lì)磁線圈的電阻為200,勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為 V,保護(hù)電阻的阻值范圍為 。 ②在有些應(yīng)用電磁開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合,為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時(shí),接線柱3、4之間從斷開(kāi)變?yōu)榻油?。為此,電磁開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造?請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明。 答: 。 ③任意舉出一個(gè)其他的電磁鐵應(yīng)用的例子。 答: 。 【解析】(1)電路原理如圖所示。要使光敏電阻能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行控制,且有光照時(shí)路燈熄滅,光敏電阻應(yīng)與1、2串聯(lián),3、4與路燈串聯(lián),則電路圖如圖所示。 (2)①由U=IR得勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為U=ImR=0.1200 V=20 V;依據(jù)允許通過(guò)勵(lì)磁線圈的電流最大值和最小值計(jì)算得,,因此保護(hù)電阻的阻值范圍為160~320 ; ②把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè),保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時(shí),3、4之間接通:不吸合時(shí),3、4之間斷開(kāi)。 ③電磁起重機(jī) 例5.為了節(jié)能和環(huán)保,一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱,光越強(qiáng)照度越大,照度單位為lx)。某光敏電阻在不同照度下的阻值如下表: 照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻(k) 75 40 28 23 20 18 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線,并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。 (2)如圖所示,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí),控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng),請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路。給1、2兩端提供電壓,要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(lx)時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng),在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響) 提供的器材如下: 光敏電阻(符號(hào),阻值見(jiàn)上表); 直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V,內(nèi)阻不計(jì)); 定值電阻R1=10 k,R2=20 k,R3=40 k(限選其中之一并在圖中標(biāo)出); 開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。 【解析】1)光敏電阻的阻值隨光照變化的曲線如圖所示。特點(diǎn):光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而非線性的減小(2)電路原理圖如圖所示。給1、2兩端提供電壓,要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0(lx)時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng),即此時(shí)光敏電阻阻值為20 kΩ,兩端電壓為2 V,電源電動(dòng)勢(shì)為3 V,所以應(yīng)加上一個(gè)分壓電阻,分壓電阻阻值為10 kΩ,即選用R1。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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