高考物理一轮复习练习实验：利用传感器制作简单的自动控制装置.docx

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1、实验：利用传感器制作简单的自动控制装置练习1.实验室中有一自制电子秤装置，其内部结构如图甲所示，某兴趣小组想测定内部弹簧的劲度系数k.已知电源的电动势为E，内阻可忽略不计，滑动变阻器全长为L，重力加速度为g.当托盘上没有放置重物时，滑片P位于图中a点，闭合开关S，当托盘上放置质量为m的重物时，滑片P随托盘一起下移，稳定后，由电压传感器(内阻无穷大)的示数U及其他给定条件，就可测定弹簧的劲度系数k.完成以下问题：(1)在弹簧的弹性范围内，随着m的增大，电压传感器的输出电压U_(填“增大”“减小”或“不变”)，电路中的电流_(填“增大”“减小”或“不变”)(2)写出输出电压U与m的关系U_(用k，

2、m，E，L，g表示)(3)该兴趣小组通过多次测量的U和m的数值，作出Um图像如图乙所示，若图像的斜率为b，则弹簧的劲度系数k_2某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：A电源E(3 V，内阻约为1 )B电流表A1(00.6 A，内阻r15 )C电流表A2(00.6 A，内阻r2约为1 )D开关S，定值电阻R05 (1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值，请完成虚线框内电路图的设计(2)在电阻Rx上加一个竖直向下

3、的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得Rx_(用字母表示)(3)改变力的大小，得到不同的Rx值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx值最后绘成的图像如图所示，除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是_当F竖直向下时，可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx_3传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻

4、)和显示体重大小的仪表,A)(实质是理想电流表)组成压力传感器表面能承受的最大压强为1107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，取g10 m/s2.请作答：压力F/N02505007501 0001 2501 500电阻R/300270240210180150120(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘_A处；(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是_kg.4.已知一热敏电阻当温度从10 升至60 时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安

5、法测量其阻值随温度的变化关系所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 )、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 )(1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为_k(保留2位有效数字)实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图(a)所示(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 k.由图(a)求得，此时室温为_(保留3位有效数字)(4)

6、利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警若要求开始报警时环境温度为50 ，则图中_(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为_k(保留2位有效数字)5某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rtakt，a0，k0)设计电

7、路图如图所示，并按如下步骤进行操作(1)按电路图连接好实验器材(2)将滑动变阻器滑片P滑到_(选填“a”或“b”)端，单刀双掷开关S掷于_(选填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流表_，并在以后的操作中保持滑片位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I_(用题目中给定的符号)(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在_(

8、选填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？_(选填“是”或“否”)6.为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中(图甲)描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点：_甲乙(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2

9、两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干7为了节能和环保，一些公共场所用光控开关控制照明系统，光控开关可用光敏电阻控制，如图甲所示是某光敏电阻阻值随光的照度变化曲线，照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为：勒克斯(lx)(1)如图乙所示，电源电动势为3 V，内阻不计，当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明

10、系统要求当天色渐暗照度降至1.0 lx时控制开关接通照明系统，则R1_k.(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值，设计了如图戊所示的电路进行测量，电源(E3 V，内阻未知)，电阻箱(099 999 )实验时将电阻箱阻值置于最大，闭合S1，将S2与1相连，减小电阻箱阻值，使灵敏电流计的示数为I，图丙为实验时电阻箱的阻值，其读数为_k；然后将S2与2相连，调节电阻箱的阻值如图丁所示，此时电流表的示数恰好为I，则光敏电阻的阻值R0_k(结果保留3位有效数字)8.某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在2580 范围内某热敏电阻的温度特性所用器材有：置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，

11、其标称值(25 时的阻值)为900.0 、电源E(6 V，内阻可忽略)、电压表V(量程150 mV)、定值电阻R0(阻值20.0 )、滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 )、电阻箱R2(阻值范围0999.9 )、单刀开关S1、单刀双掷开关S2.实验时，先按图(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0 .将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0 .实验得到的R2t数据

12、见下表t/25.030.040.050.060.070.080.0R2/900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题：(1)在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到_(填“a”或“b”)端；(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2t曲线；(3)由图(b)可得到RT在2580 范围内的温度特性当t44.0 时，可得RT_；(4)将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为_，则手心温度为_.9如图所示的传感器装置可以用来测量硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数k，电源的电动势为E，内阻可忽略不计；滑动变阻器全长为

13、L，重力加速度为g.V为理想电压表当木板(不计重力)上没有放重物时，滑动变阻器的触头位于图中a点，此时电压表示数为零在木板上放置质量为m的重物，滑动变阻器的触头随木板一起下移由电压表的示数U及其他给定条件，可计算出弹簧的劲度系数k.(g取9.8 m/s2)(1)写出m、U、k、L、E、g之间所满足的关系式为：_(2)已知E1.50 V，L12.0 cm，测量结果如表所示：m/kg1.001.503.004.506.007.50U/V0.1080.1540.2900.4460.6080.740在图中给出的坐标纸上利用表中数据描出mU 的关系图像mU直线的斜率为_kg/V(结果保留3位有效数字)弹

14、簧的劲度系数k_N/m(结果保留3位有效数字)10材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小若图甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线，其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF.请按要求完成下列实验(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.41020.8102 N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下：A压敏电阻，无压力时阻值R06 000 B滑动变阻器R，最大阻值约200

15、 C电流表A，量程2.5 mA，内阻约30 D电压表V，量程3 V，内阻约3 kE直流电源E，电动势3 V，内阻很小F开关S，导线若干(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33 mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为_ V.(3)此时压敏电阻的阻值为_ ；结合图甲可知待测压力的大小F_ N(计算结果均保留两位有效数字)11对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的某同学将RT和两个适当的定值电阻R1、R2连成如图甲虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合

16、适的阻值范围为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图甲所示，图中的电压表内阻很大实验中的部分实验数据测量结果如表所示温度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值/54.351.448.344.741.437.934.7I/mA93.397.6102.9109.7116.7125.2134.2U/V5.075.024.974.904.834.754.66回答下列问题：(1)根据图甲所示的电路，在如图乙所示的实物图上连线(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作出RLt关系图线(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丙所示，电流表的读数为_，电压表的读数为_此时等效电阻RL的阻值为_；热敏电阻所处环境的温度约为_12在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：(1)图(a)为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R12 k，R21.5 k，R34 k，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图(b)所示当a、b两点电势a3 k (2)6268均可B13 (1)3 000200(2)强光照射时外接14 (1)4.5(2)C(3)3 cd学科网（北京）股份有限公司