新高考物理第一轮复习课时强化训练传感器的简单使用解析版.docx
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新高考物理第一轮复习课时强化训练传感器的简单使用解析版
2021届新高考物理第一轮复习课时强化训练
传感器的简单使用
一、选择题
1、(多选)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,R1为定值电阻,R2为光敏电阻。
光强增大时,R2的阻值减小,R3为滑动变阻器,平行板电容器与定值电阻R1并联,闭合开关,下列判断正确的是()
A.仅增加光照强度时,电容器所带电荷量将减小
B.仅减弱光照强度时,电源的输出功率一定减小
C.仅将滑动变阻器的滑片向上移动时,电容器贮存的电场能将减小
D.仅将滑动变阻器的滑片向下移动时,电源的效率将增大
解析:
选CD。
仅增加光照强度,则R2电阻变小,总电阻变小,总电流变大,电源内阻分压变大,路端电压变小,则通过R3的电流变小,通过R1的电流变大,则R1的分压变大,电容器电压变大,带电荷量增加,A错误;仅减弱光照强度,R2电阻变大,电源的输出功率由内、外电阻关系决定,因其大小关系不确定,所以不能判断电源输出功率的变化,B错误;滑动变阻器的滑片向上移动时电阻减小,外电阻变小,路端电压变小,则电容器的电压变小,贮存的电场能减小,C正确;滑动变阻器的滑片向下移动时电阻增大,外电阻增大,路端电压增大,则电源效率增大,D正确。
2、(多选)某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件,在接线柱间以如图KS117甲所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件).为了确定各元件种类,小华同学用电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后,分别将AB、BC、CD接入如图乙所示的电路,闭合开关,计算机显示的电流随时间变化的图象分别如图①、②、③所示,则下列判断中正确的是()
甲乙
①②③
A.AB间是电容器
B.BC间是电感线圈
C.CD间是电容器
D.CD间是定值电阻
解析:
选ABD 解析:
直流电路中接入电容器,电路中会产生充电电流,充电完毕后,电流消失;接入定值电阻,瞬间产生稳定电流;接入电感线圈,由于对变化的电流有阻碍作用,不能瞬间达到稳定电流.
3、(多选)如图所示,Rt为正温度系数热敏电阻,R1为光敏电阻,R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,
为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是()
A.热敏电阻温度升高,其他条件不变
B.热敏电阻温度降低,其他条件不变
C.光照增强,其他条件不变
D.光照减弱,其他条件不变
解析:
选BD。
电压表示数变大,而R3为定值电阻,说明流经R3的电流增大,由电路结构可知,这可能是由于Rt减小或R1增大,由正温度系数热敏电阻和光敏电阻特性知,可能是由于温度降低或光照减弱,故B、D正确,A、C错误。
4、(多选)一般的电熨斗用合金丝作发热元件,合金丝电阻R随温度t变化的关系如图KS118中实线①所示,由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿不同,熨斗的散热功率不同,因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动,易损坏衣物.有一种用主要成分为BaTiO3、被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗.PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示.根据图线分析可知( )
A.原处于冷态的PTC电熨斗比普通电熨斗升温快
B.PTC电熨斗能自动控制温度,温度稳定在T0~T6
C.PTC电熨斗能自动控制温度,温度稳定在T6~T7
D.PTC电熨斗不能自动控制温度
解析:
选AC解析:
冷态时PTC材料电阻小,由P=
知其发热功率大、升温快,A对;由题图可知,温度较低时,PTC材料电阻小,热功率大,生热大于散热,温度升高,电阻迅速增大,发热功率会减小,当发热功率小于散热功率时,电阻温度降低,电阻减小,发热功率会增大,故发热功率等于散热功率时,温度会稳定在题图中T6~T7,实现自动控制温度,所以C对,B、D错.
5、(多选)如图所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明( )
A.热敏电阻在温度越高时,电阻越大
B.热敏电阻在温度越高时,电阻越小
C.半导体材料温度升高时,导电性能变差
D.半导体材料温度升高时,导电性能变好
解析:
选BD。
电流表的示数增大,说明电路中的电流增大,电阻减小,所以这个热敏电阻的电阻率是随温度的升高而降低的,其电阻率减小,电阻值在其他条件不变时减小,导电性能变好,故B、D正确。
6、酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测.它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化.在如图所示的电路中,酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻.这样,电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系.如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是( )
A.U越大,表示C越大,C与U成正比
B.U越大,表示C越大,但是C与U不成正比
C.U越大,表示C越小,C与U成反比
D.U越大,表示C越小,但是C与U不成反比
解析:
选B.设二氧化锡半导体型酒精气体传感器的电阻为Rx,由闭合电路欧姆定律得,干路的电流I=
,电压表示数U=IR0=
,而RxC=k(定值),由以上关系式可见U越大,表示C越大,但是C与U不成正比,故B项正确.
7、在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示.M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时( )
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
解析:
选C.当RM变大时,回路的总电阻R总变大,根据I总=
,得干路中的电流变小,S两端的电压U=I总RS变小,故选项A、B错误;当RM变小时,回路的总电阻R总=
+RS变小,根据I总=
,得干路中的电流变大,S两端的电压U=I总RS变大,而且R越大,RM变小时,对回路的总电阻变化的影响越明显,故选项C正确,选项D错误.
二、非选择题
8、实验室备有以下器材:
电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围为0~20Ω)、滑动变阻器R2(阻值变化范围为0~1000Ω)、电动势适当的电源、小灯泡(4V 2W)、开关、导线若干。
(1)要完整地描绘小灯泡的U-I曲线,请在图甲中画出实验电路图,并标出所用滑动变阻器的符号。
甲乙
(2)实验中描绘出的小灯泡U-I曲线如图乙所示,由图乙可知,小灯泡灯丝电阻随温度升高而。
(选填“增大”“减小”或“不变”)
(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内阻,实验电路如图丙所示,图中R0是阻值为9.0Ω的保护电阻,实验中测得多组数据记录在下表中,试在同一坐标系中画出等效电源的U-I图象,由图象可求出电源自身内阻约为Ω。
序号
1
2
3
4
5
6
U/V
4.00
3.40
2.80
2.00
1.50
0.80
I/A
0.20
0.25
0.33
0.40
0.46
0.52
丙
丁
(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路,如图丁所示,此时小灯泡消耗的电功率约为W。
(结果保留2位有效数字)
解析:
(1)要描绘小灯泡的伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器要采用分压式接法,为便于操作应用电阻较小的R1,由于小灯泡的阻值较小,电流传感器应用外接法,电路图如图戊所示。
戊己
(2)由图乙所示的U-I图象可知,随电压与电流的增大,灯泡实际功率增大,灯丝温度升高,电压与电流的比值增大,灯丝电阻增大,由此可知,小灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。
(3)根据表中实验数据作出等效电源的U-I图象如图己所示,由图示图象可知,=1.0Ω。
(4)由图示图象可知,两图线交点为灯泡实际工作状态点,灯泡两端电压为2.1V,电流为0.39A,灯泡的电功率P=UI=2.1×0.39W≈0.82W。
答案:
(1)电路图如图戊所示
(2)增大
(3)如图己所示 1.0
(4)0.82
9、某实验小组利用如图甲所示的电路探究在25℃~80℃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,其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω;电源E(6V,内阻可忽略);电压表
(量程150mV);定值电阻R0(阻值20.0Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
甲
实验时,先按图甲连接好电路,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R2-t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题:
(1)在闭合S1前,图甲中R1的滑片应移动到(填“a”或“b”)端。
(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线。
乙
丙
(3)由图乙可得到RT在25℃~80℃范围内的温度特性。
当t=44.0℃时,可得RT=Ω。
(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图丙所示,该读数
为Ω,则手心温度为℃。
解析:
(1)闭合开关S1前,应让滑片移动到b端,使滑动变阻器连入电路的阻值最大。
(3)由图丁可知t=44.0℃时,电阻的阻值为450Ω。
(4)由图丙可得电阻箱阻值为620.0Ω,由图丁可得温度约为33.0℃。
答案:
(1)b
(2)如图丁所示
丁
(3)450
(4)620.0 33.0
10、某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现有器材:
直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等.
(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在实物上连线.
(2)实验的主要步骤:
①正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值;
②在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭合开关,________,________,断开开关;
③重复第②步操作若干次,测得多组数据.
(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得图所示的R-t关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式:
R=________+________t(Ω).
答案:
(1)如图所示
(2)②读取温度计示数 读取电压表示数
(3)100 0.4
解析:
(3)由R-t图线可知,当t1=10℃时,R1=104Ω,当t2=60℃时,R2=124Ω,R-t图线的斜率为
=0.4Ω/℃;将图线延长,图线过原点,说明t=0℃时的电阻为100Ω,故R-t关系式为R=100+0.4t(Ω).
11、电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度,将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9V的电源上,电源内阻不计,光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示:
光强E/cd
1
2
3
4
5
电阻值/Ω
18
9
6
3.6
[“光强”表示光强弱程度的物理量,符号为E,单位坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________Ω.
(2)其原理是光照增强,光敏电阻Rx阻值变小,施加于玻璃两端的电压降低,玻璃透明度下降,反之则玻璃透明度上升.若电源电压不变,R0是定值电阻,则下列电路图中符合要求的是________(填序号).
(3)现已知定值电阻R0为12Ω,用电压表测得光敏电阻两端的电压为3V,则此时光照强度为多少?
解析:
(1)由表格数据可知,光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18Ω·cd不变,则当E=4cd时,光敏电阻的阻值:
Rx=
=4.5Ω.
(2)由题意可知,光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接,光照增强时,光敏电阻Rx阻值减小,电路中的总电阻减小,由I=
可知,电路中的电流增大,由U=IR可知,R0两端的电压增大,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以Rx两端的电压减小,反之光照减弱时,光敏电阻Rx阻值增大,R0两端的电压减小,Rx两端的电压增大,则玻璃并联在R0两端时不符合,玻璃并联在Rx两端时符合,故A项错误,C项正确;若玻璃与电源并联,光照变化时,玻璃两端的电压不变,故B、D项错误.
(3)当R0=12Ω,光敏电阻两端的电压Ux=3V,因串联电路中总电压等于各分电压之和,R0两端的电压:
U0=U-Ux=9V-3V=6V,因串联电路中各处的电流相等,所以电路中的电流I=
=
,即
=
,解得R′x=6Ω,此时光照强度E′=
=3cd.
答案:
(1)4.5
(2)C (3)3cd
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