第十三單元

交變電流

電磁振蕩與電磁波

傳感器實(shí)驗(yàn)十三

利用傳感器制作簡單的自動控制裝置教材原型實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教師備用習(xí)題作業(yè)手冊考點(diǎn)一

熱敏電阻的理解及應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)器材與步驟1.按圖連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理.2.把多用電表置于“歐姆”擋，并選擇適當(dāng)?shù)谋堵蕼y出燒杯中沒有水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù).3.向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測出的熱敏電阻的阻值.4.將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄.二、數(shù)據(jù)處理1.根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性.次數(shù)1234562.在坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線，如圖所示.

48

1700

考點(diǎn)二

光敏電阻傳感器的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)器材與步驟1.將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器等按如圖所示電路連接好，其中多用電表置于“歐姆”擋.2.先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù).3.打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄.4.用手掌（或黑紙）遮光，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄.二、數(shù)據(jù)處理1.把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性.光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：光敏電阻在被光照射時(shí)阻值發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電則電阻變小，光照減弱則電阻變大.

當(dāng)儲液罐內(nèi)裝滿液體時(shí)，遮光板的上沿與最下面的光敏電阻的下邊緣等高，管內(nèi)的光均勻地照射在光敏電阻上，光敏電阻和儀表相連.現(xiàn)要求設(shè)計(jì)一電路以利用上述裝置測量液面的高度.

（2）選擇合適的定值電阻，在如圖丙所示虛線框內(nèi)畫出電路圖，并用題中給定的符號標(biāo)明圖中各元件.[答案]

如圖所示

0.43

1.8

傳感器的一般應(yīng)用模式：由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三個(gè)部分組成，通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換成電信號，通過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理.（如圖所示）工作過程：敏感元件將感受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量的量.例3

[2022·廣東卷]

彈性導(dǎo)電繩逐步成為智能控制系統(tǒng)中部分傳感器的敏感元件.某同學(xué)測量彈性導(dǎo)電繩的電阻與拉伸后繩長之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)過程如下：

變小

（3）該電壓表內(nèi)阻對導(dǎo)電繩電阻的測量值____（選填“有”或“無”）影響

.無

51.80

例4

磁敏電阻是一種對磁敏感、具有磁阻效應(yīng)的電阻元件.磁敏電阻在磁場中電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng).某同學(xué)利用伏安法測量一磁敏電阻的阻值（幾千歐）隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化關(guān)系.所用器材：電源

（1）在圖甲所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖.[答案]

如圖所示

2.2

10減小

例5

[2023·湖南長沙模擬]

用新型材料制作成的各種各樣的電阻被廣泛應(yīng)用.如熱敏電阻、氣敏電阻、壓敏電阻等.

增大

減小大

[答案]

如圖所示

3

400

教師備用習(xí)題1.現(xiàn)代智能手機(jī)中大都配置有氣壓傳感器,當(dāng)傳感器所處環(huán)境氣壓變化時(shí),其電阻也隨之發(fā)生變化.已知某氣壓傳感器的阻值變化范圍為幾十歐姆到幾百歐姆,某實(shí)驗(yàn)小組在室溫下用伏安法探究其阻值Rx,隨氣壓p變化的規(guī)律,實(shí)驗(yàn)室提供了如下器材可供選擇:A.氣壓傳感器(一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下阻值約為300Ω)B.直流電源(電動勢6V,內(nèi)阻不計(jì))C.電流表A(量程為0~60mA,內(nèi)阻不計(jì))D.電壓表V(量程為0~3V,內(nèi)阻為3kΩ)E.定值電阻R1=3kΩF.滑動變阻器R(最大電阻阻值約為50Ω)G.開關(guān)S與導(dǎo)線若干教師備用習(xí)題(1)小明同學(xué)設(shè)計(jì)了圖甲實(shí)驗(yàn)電路原理圖,請?jiān)趫D乙中將實(shí)物連線圖補(bǔ)充完整.教師備用習(xí)題[答案]如圖所示[解析]根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖,如圖所示.(2)某次測量時(shí),電壓表示數(shù)如圖丙所示,電壓表示數(shù)為

V.

教師備用習(xí)題2.30(2.28~2.32)[解析]電壓表讀數(shù)為2.30V,由于估讀有誤差,在2.28~2.32V即可.(3)當(dāng)氣壓傳感器所處環(huán)境氣壓為p時(shí),閉合開關(guān)S,測得兩個(gè)電表的讀數(shù)分別為U和I,則氣壓傳感器的阻值

.

教師備用習(xí)題

(4)改變環(huán)境壓強(qiáng)p的大小,測得不同的Rx值,繪成圖像如圖丁所示,由圖可得Rx阻值和壓強(qiáng)p的函數(shù)關(guān)系式為Rx=

Ω.

540-0.012p

2.酒駕嚴(yán)重危害了公共交通安全,打擊酒駕現(xiàn)象已成為日常.如題圖甲為交警使用的某種酒精檢測儀,核心部件為酒精氣體傳感器,其電阻R1與酒精氣體濃度x的關(guān)系如圖乙所示.(1)某同學(xué)自行設(shè)計(jì)了簡易酒精檢測儀,如圖丙所示,用到的器材有酒精氣體傳感器R1、電源(電動勢為9.0V,內(nèi)阻未知)、電流表(滿偏電流為100mA,內(nèi)阻為8.5Ω),閉合開關(guān),周圍無酒精氣體,發(fā)現(xiàn)電流表剛好滿偏,則電源內(nèi)阻為

Ω;用該儀器

(選填“能”“不能”)檢測酒駕.

教師備用習(xí)題1.5不能教師備用習(xí)題

教師備用習(xí)題(2)另一位同學(xué)查閱酒精檢測儀說明書時(shí)看到題表,他根據(jù)自己的理解將酒精檢測儀的內(nèi)部電路簡化為題圖丁.只有綠燈亮表示被測試者非酒駕,紅綠燈一起亮表示被測試者酒駕.圖丁中電源電動勢為6V,內(nèi)阻不計(jì),R2為定值電阻,R1為酒精氣體傳感器,L1、L2是彩色小燈泡,顏色一紅一綠,小燈泡電壓達(dá)到0.7V才會發(fā)光,則L1為

(選填“紅”“綠”)燈,當(dāng)紅燈剛亮?xí)r通過其的電流為

A(保留兩位有效數(shù)字).

紅駕駛員狀態(tài)非酒駕酒駕

酒精氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)(mg/mL)小于0.2

大于或者等于0.2

檢測器狀態(tài)只有綠燈亮

綠燈紅燈都亮0.18教師備用習(xí)題[解析]顏色一紅一綠,小燈泡電壓達(dá)到0.7V才會發(fā)光,所以亮綠燈的小燈泡需要保證兩端的電壓一直大于或等于0.7V,如果與R1接在一起,R1在測量酒駕的時(shí)候電阻會發(fā)生改變,初始電阻大時(shí)應(yīng)當(dāng)不讓小燈泡亮,等電阻變小讓小燈泡亮,這樣才可以查出酒駕,所以一直亮綠燈的小燈泡應(yīng)當(dāng)與定值電阻接在一起,這樣無論R1如何變化,都不會影響亮綠燈的小燈泡是否亮,且與定值電阻接在一起也會保證綠燈一直亮,所以L2是綠燈,L1是紅燈.駕駛員狀態(tài)非酒駕酒駕

酒精氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)(mg/mL)小于0.2

大于或者等于0.2

檢測器狀態(tài)只有綠燈亮

綠燈紅燈都亮教師備用習(xí)題

駕駛員狀態(tài)非酒駕酒駕

酒精氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)(mg/mL)小于0.2

大于或者等于0.2

檢測器狀態(tài)只有綠燈亮

綠燈紅燈都亮教師備用習(xí)題3.[2022·河北卷]某物理興趣小組利用廢棄電飯煲的部分器材自制簡易電飯煲,設(shè)計(jì)電路如圖甲所示,選用的器材有:限溫開關(guān)S1(手動將其按下,開始持續(xù)加熱煮飯,當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時(shí)自動斷開,之后不能自動閉合);保溫開關(guān)S2(當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于80℃時(shí)自動斷開,溫度低于70℃時(shí)自動閉合);電飯煲的框架(結(jié)構(gòu)如圖乙所示).自備元件有:加熱電阻絲R(阻值為60Ω,用于加熱煮飯);限流電阻R1和R2(阻值均為1kΩ);指示燈L1和L2(2.5V,0.6W,當(dāng)電流低于30mA時(shí)可視為熄滅);保險(xiǎn)絲T.教師備用習(xí)題(1)按照興趣小組設(shè)計(jì)的電路,下列說法正確的是

(填選項(xiàng)前的字母).

A.按下S1,L1和L2均發(fā)光B.當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時(shí),S1自動斷開,L1和L2均發(fā)光C.保溫過程中,S2自動在閉合、斷開狀態(tài)之間交替切換D.當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于70℃時(shí),S2自動閉合,L1發(fā)光,L2熄滅CD

教師備用習(xí)題

教師備用習(xí)題教師備用習(xí)題(2)簡易電飯煲制作完成后,試用時(shí)L1始終不亮,但加熱和保溫功能均正常.在不拆卸元件的前提下,斷開電源,使用多用電表判斷發(fā)生故障的元件.下列操作步驟的正確順序是

(填寫各步驟前的字母).

A.將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“×100”位置B.將兩支表筆直接接觸,調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”,使指針指向歐姆零點(diǎn)C.調(diào)整“指針定位螺絲”,使指針指到零刻度D.測量指示燈L1兩端的阻值E.將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋CABDE教師備用習(xí)題[解析]多用電表的操作步驟為:調(diào)整“指針定位螺絲”,使指針指到零刻度——機(jī)械調(diào)零;將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“×100”位置——選擋;將兩支表筆直接接觸,調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”,使指針指向歐姆零點(diǎn)——?dú)W姆調(diào)零;測量指示燈L1兩端的阻值——測量;將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋——關(guān)閉多用電表.故正確順序?yàn)镃ABDE.教師備用習(xí)題[解析]由于使用時(shí)L1始終不亮,但加熱和保溫功能均正常,則說明R、T均正常,圖丙可看出多用電表示數(shù)為1.10×103Ω,則說明L1始終不亮的原因是L1斷路損壞.圖丁可看出多用電表的示數(shù)幾乎為零,但由于RL=10.42Ω,此時(shí)選用的是多用電表的“×100”擋說明燈泡L1正常,則L1始終不亮的原因是R1斷路損壞.操作時(shí),將多用電表兩表筆與L1兩端接觸,若指針如圖丙所示,可判斷是

斷路損壞;若指針如圖丁所示,可判斷是

斷路損壞.(用電路中的元件符號表示)

L1R1教師備用習(xí)題4.[2021·山東卷]熱敏電阻是傳感器中經(jīng)常使用的元件,某學(xué)習(xí)小組要探究一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律.可供選擇的器材有:待測熱敏電阻RT(實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),阻值約幾百歐到幾千歐);電源E(電動勢1.5V,內(nèi)阻r約為0.5Ω);電阻箱R(阻值范圍0~9999.99Ω);滑動變阻器R1(最大阻值20Ω);滑動變阻器R2(最大阻值2000Ω)微安表(量程0~100μA,內(nèi)阻等于2500Ω);開關(guān)兩個(gè),溫控裝置一套,導(dǎo)線若干.教師備用習(xí)題同學(xué)們設(shè)計(jì)了如圖甲所示的測量電路,主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:①按圖示連接電路;②閉合S1、S2,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P的位置,使微安表指針滿偏;③保持滑動變阻器滑片P的位置不變,斷開S2,調(diào)節(jié)電阻箱,使微安表指針半偏;④記錄此時(shí)的溫度和電阻箱的阻值.回答下列問題:(1)為了更準(zhǔn)確地測量熱敏電阻的阻值,滑動變阻器應(yīng)選用

(選填“R1”或“R2”).

R1教師備用習(xí)題[解析]用半偏法測量熱敏電阻的阻值,盡可能讓該支路的電壓在S2閉合前、后保持不變,由于該支路與滑動變阻器左半部分并聯(lián),滑動變阻器的阻值越小,S2閉合前、后該部分電阻值變化越小,從而電壓的值變化越小,故滑動變阻器應(yīng)選R1.教師備用習(xí)題(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線,在圖乙上將實(shí)物圖(不含溫控裝置)連接成完整電路.[答案]

如圖所示[解析]電路連接圖如圖所示.教師備用習(xí)題(3)某溫度下微安表半偏時(shí),電阻箱的讀數(shù)為6000.00Ω,該溫度下熱敏電阻的測量值為

Ω(結(jié)果保留到個(gè)位).該測量值

(選填“大于”或“小于”)真實(shí)值.

3500大于[解析]微安表半偏時(shí),該支路的總電阻為原來的2倍,即RT+RμA=6000Ω,可得RT=3500Ω,斷開S2,微安表半偏時(shí),由于該支路的電阻增加,電壓略有升高,根據(jù)歐姆定律可知,總電阻比原來2倍略大,也就是電阻箱的阻值略大于熱敏電阻與微安表的總電阻,而計(jì)算時(shí)認(rèn)為電阻箱的阻值等于熱敏電阻與微安表的總電阻,因此熱敏電阻的測量值比真實(shí)值偏大.教師備用習(xí)題(4)多次實(shí)驗(yàn)后,學(xué)習(xí)小組繪制了如圖丙所示的圖像.由圖像可知,該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高逐漸

(選填“增大”或“減小”).

減小

作業(yè)手冊1.[2023·湖北武漢模擬]

在一些機(jī)場、車站、飯店的洗手間通常都裝有自動熱風(fēng)干手器.人們洗手后將濕手靠近干手器，機(jī)內(nèi)傳感器發(fā)出感應(yīng)信號，使干手器工作吹出“熱風(fēng)”，將濕手烘干（如圖所示）.自動熱風(fēng)干手器之所以能實(shí)現(xiàn)這種自動控制，主要是由于濕手靠近它時(shí)(

)

CA.改變了傳感器附近的濕度

B.改變了傳感器附近的溫度C.改變了傳感器的電容

D.改變了傳感器的電阻12345678[解析]

手靠近干手機(jī)使機(jī)內(nèi)的傳感器工作，是因?yàn)楦淖兞藗鞲衅鞯碾娙荩l(fā)送啟動信號給控制芯片，控制芯片再啟動電動機(jī)和加熱裝置工作;之所以不是因?yàn)闇囟?、濕度、電阻改變引起的，是基于不用手時(shí)環(huán)境因素就能使這三個(gè)因素改變，故選C.123456782.[2023

·廣東廣州模擬]

關(guān)于圖中傳感器的應(yīng)用，說法錯誤的是(

)

CA.干簧管是利用磁場來控制電路的通斷B.機(jī)器人的“眼睛”利用了光傳感器C.紅外測溫儀向人體發(fā)射紅外線，從而測量人體溫度D.電容式位移傳感器能把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化成電容這個(gè)電學(xué)量12345678[解析]

干簧管是利用磁場來控制電路的通斷，故A正確，與題意不符；機(jī)器人遇到障礙物會繞開，說明機(jī)器人的“眼睛”看到了障礙物，利用了光傳感器，故B正確，與題意不符；紅外測溫儀是感知人體發(fā)射的紅外線來測量人體溫度的，故C錯誤，與題意相符；電容式位移傳感器能把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化成電容這個(gè)電學(xué)量.故D正確，與題意不符.123