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2024人教版高中物理选择性必修第二册同步
第五章 传感器
综合拔高练
五年高考练
考点1 常见的传感器
1.(2022北京,13)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 ( )
A.U1
C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低
D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高
考点2 敏感元件与电学实验综合
2.(2021广东,12)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“0 Ω”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RT= 。
(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.(2022重庆,11)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50.0 μA,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50.0 μA,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50.0 μA;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)。
三年模拟练
应用实践
1.(2023湖北孝感期中)利用电容传感器可检测矿井渗水及时发出安全警报,如图所示是一种通过电容传感器检测矿井中液面高低的仪器原理图,矿井水中掺有杂质可视为导电液体,根据该装置,下列说法正确的是 ( )
A.水面升高,则电容器的相对介电常数变大
B.水面升高,则电容器的两极板之间的距离变大
C.若G中有从a到b的电流,说明矿井出现渗水(h增加)
D.G的示数小说明矿井水位低
2.(2022浙江温州二模)图中光敏电阻RG没有受到光照射(或光较暗)时,阻值较大;有光照射(或光较强)时,阻值较小。如图所示,现利用该光敏电阻、低压直流电源和电磁继电器设计了自动控制电路,用于公路照明。下列说法正确的是 ( )
A.白天光照越强,电磁铁的磁性越强
B.白天流过R2的电流大于晚上流过R2的电流
C.该电路能实现灯泡白天亮,晚上不亮的功能
D.低压直流电源的总功率晚上比白天的大
3.(2022广东广州第五中学期末)某同学想通过实验探究一个热敏电阻的特性。
甲
乙
丙
(1)为探究热敏电阻的特性,设计了如图甲所示的电路,R0为电阻箱,R为热敏电阻,开关S、S1、S2先断开,滑动变阻器的滑片移到最 (选填“左”或“右”)端。
(2)实验时,温控室的温度为t0,先闭合S、S1,调节滑动变阻器的滑片,使电流表有合适的示数I0,然后断开S1闭合S2,滑动变阻器的滑片不动,调节电阻箱R0的阻值R0=90 Ω时,电流表的示数也为I0,则此温度时该热敏电阻阻值为 Ω。多次改变温控室的温度,重复上述实验过程,测得多组热敏电阻在不同温度t下对应的电阻值R,作出R-t图像,如图乙所示,则t0为 ℃。
(3)把这个热敏电阻接入如丙图所示的电路中,可以制成温控报警器。已知电源电压为9 V,内阻r=2 Ω,R2=50 Ω;当图中的电流表A达到或超过0.5 A时,便触发报警器(不影响温控电路,图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为80 ℃,图中R1阻值为 Ω(保留2位有效数字)。
迁移创新
4.(2023湖北高二联考)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图,该装置把大小不同的苹果,按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的关系如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置,使质量等于分拣标准(0.15 kg)的大苹果经过托盘秤时,杠杆对R的压力为1 N。调节可调电阻R0,可改变R、R0两端的电压比,使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时,R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,此电压叫作放大电路的激励电压。该放大电路中包含保持电路,能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。
(1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,电阻 (填“较大”或“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时,大苹果通过 (填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源1的电动势为5 V,内阻不计,放大电路的激励电压为2 V:
①为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值等于 kΩ。(结果保留2位有效数字)
②某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下,利用一块电压表测出每个苹果的质量,电压表的示数随苹果质量的增大而增大,则电压表应该并联在 (填“R”“R0”或“电源1”)两端。
③若要提高分拣标准到0.33 kg,仅将R0的阻值调为 kΩ即可实现。(结果保留2位有效数字)(提示:托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下,压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比)
答案与分层梯度式解析
第五章 传感器
综合拔高练
五年高考练
1.C 由于低水位预警要求a、b两端电压大于U1,高水位预警要求a、b两端电压小于U2,可知水位越高时,即压力传感器的阻值越小时,a、b两端电压越低,而阻值越小,电路中电流越大,定值电阻两端电压越高,故R1是压力传感器,R2是定值电阻,且U1>U2,A、B均错误。假设恰好开启水位预警,若此时定值电阻的阻值增大,则电路中电流会随之减小,从而导致a、b两端电压变小,若想恢复原本电压,则需增大传感器电阻,即降低水位,C正确,D错误。
2.答案 (1)短接 减小 (2)①b ②大于 R01-R02
解析 (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U=I(R01+RA),导线接D端时有U=I(R02+RA+RT),则有R01+RA=R02+RA+RT,故R01大于R02,RT=R01-R02。
3.答案 (1)可变电阻R1 远大于 (2)-1.2
解析 (1)电源E的电动势不变,用加热器调节RT的温度后,整个回路的总电阻改变。要确保电流表的示数仍为50.0 μA,需控制整个回路的总电阻不变,故需要调节的器材是可变电阻R1。
RT两端连接电压表后,电流表示数显著增大,说明电压表与RT并联后R总减小,由并联电阻的关系,R并==,要保证R总不变须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表。
(2)由题图可得温度为35.0 ℃时RT两端电压为1.6 V,实验设定恒定电流为50.0 μA,此时热敏电阻的阻值RT1==32 kΩ;温度为40.0 ℃时RT两端电压为1.3 V,此时热敏电阻的阻值RT2==26 kΩ,所以温度从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k===-1.2 kΩ·℃-1,负号表示随着温度升高RT的阻值减小。
三年模拟练
1.C 由题意可知,金属芯线和导电液体相当于电容器的两极。电容器的相对介电常数由材料决定,与液面高度无关,A错误;水面升高,电容器的两极板之间的正对面积增大,间距不变,B错误;若G中有从a到b的电流,说明电容器在充电,由Q=CU知,电容器的电容增大,因为C=,所以两极板之间的正对面积增大,说明矿井出现渗水(h增加),C正确;当矿井水位不变时,G的示数为零,G的示数小不能说明矿井水位低,D错误。故选C。
2.B 光照增强,光敏电阻阻值减小,电路的总阻值减小,电路中总电流增大,根据闭合电路欧姆定律可知,路端电压减小,R1两端电压增大,因此电磁铁和R3两端电压减小,流过该支路的电流减小,电磁铁的磁性减弱,选项A错误;光照增强,总电流增大,流过R3的电流减小,因此流过R2的电流增大,故白天流过R2的电流大于晚上流过R2的电流,选项B正确;光照增强,电磁铁的磁性减弱,因此灯泡电路断开,白天不亮,选项C错误;光照增强,回路中总电流增大,根据P=EI可知电源的总功率增大,因此白天功率较大,选项D错误。
3.答案 (1)左 (2)90 30 (3)20
解析 (1)为保护用电器的安全,滑动变阻器的滑片应移到最左端。(2)实验中,用电阻箱代替热敏电阻,二者阻值相等时电流表示数相同。在乙图中找到图线上纵坐标为90 Ω的点对应的横坐标为30 ℃。(3)在乙图中读出环境温度为80 ℃时热敏电阻的阻值为30 Ω,根据闭合电路欧姆定律有I=,代入数据,解得R1=20 Ω。
4.答案 (1)较小 (2)通道B (3)①20 ②R0 ③16
解析 (1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,由题图乙可知电阻较小。
(2)大苹果通过托盘秤时,R0两端的电压达到放大电路的激励电压,放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,大苹果进入下面的通道B。
(3)①杠杆对R的压力为1 N,对照题图乙,可知R阻值为30 kΩ,R0的阻值需满足=,则R0=20 kΩ;
②随着苹果质量增大,R阻值减小,分压减小,电源1的电动势不变,R0分压增大,为了满足电压表的示数随苹果质量的增大而增大,需要将电压表并联在R0两端。
③根据=可知分拣标准提高到0.33 kg时,压力为2.2 N,此时R的阻值为24 kΩ,
由=,得R0=16 kΩ,即R0的阻值应该调至16 kΩ。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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