2021届新高考版高考物理一轮复习训练：专题十三 考点3 实验：传感器的简单使用

考点3 实验:传感器的简单使用
1.[2020吉林辽源检测,5分](1)某同学用如图所示的电路测量一个电容器的电容,图中R为20 kΩ的电阻,电源电动势为6.0 V,内阻可不计.
①实验时先将开关S接1,经过一段时间后,当电流表示数为μA时表示电容器极板间电压最大.
②将开关S接2,将传感器连接在计算机上,经处理后画出电容器放电的i-t图象,如图乙所示.由图象可知,图象与两坐标轴所围的面积表示电容器放出的电荷量.试根据i-t图象,求该电容器所放出的电荷量Q=C;该电容器的电容C=μF.(计算结果保留2位有效数字)
(2)如图丙是某金属材料制成的电阻阻值R随摄氏温度t变化的图象,图中R0表示0 ℃时的电阻,k表示图线的斜率.若用该电阻与电池(电动势E、内阻r),电流表A(内阻R g),滑动变阻器R'串联起来,连接成如图丁所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度值改为相应的温度刻度值,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.使用“金属电阻温度计”前,先要把电流表(“0”刻度线在刻度盘左侧)的刻度值改为相应的温度刻度值,若温度t1<t2,则t1的刻度应在t2的侧(填“左”或“右”);在标识“金属电阻温度计”的温度刻度值时,需要弄清所测温度和电流的对应关系.请利用E、R0、R g、R'(滑动变阻器的有效阻值)、r、k等物理量表示所测温度t与电流I 的关系式t=.
2.[2019广东广州毕业班综合测试,9分]用如图(a)所示的电路测量铂热敏电阻的阻值与温度的关系.
(1)开关闭合前,滑动变阻器的滑片应移至端(填“A”或“B”).
(2)实验测得不同温度下的阻值,并绘出如图(b)所示的R t-t关系图线,根据图线写出该热敏电阻的R t-t关系式R t=(Ω).
(3)铂热敏电阻对温度变化的感应很灵敏,可以制成电阻温度计.请利用开关、导线、铂热敏电阻、图(a)中某一电表和图(c)所示的恒流源(调节旋钮时可以选择不同的输出电流,且输出电流不随外部条件的变化而变化),设计一个简易电阻温度计并在图(d)的虚线框内画出电路原理图.
(4)结合图(b)的关系图线,选择恒流源的输出电流为0.15 A,当选用的电表达到满偏时,电阻温度计所测温度为℃.如果要提高该温度计所能测量的最高温度值,请提出一种可行的方法:.
3.[2019河南郑州第二次质量预测,10分]物理小组找到一根拉力敏感电阻丝,其阻值随拉力F变化的图象如图甲所示,小组按图乙所示电路制作了一个简易“吊秤”.电路中电源电动势E=3 V,内阻r=1 Ω;灵敏毫安表量程为10 mA,内阻R g=5 Ω;R1是可变电阻,A、B两接线柱等高且固定.现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘环,将其两端接在A、B两接线柱上.通过光滑绝缘环可将重物吊起,不计敏感电阻丝重力,现完成下列操作步骤:
步骤a.滑环下不吊重物时,闭合开关调节可变电阻R1使毫安表指针满偏;
步骤b.滑环下吊上已知重力的重物,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ;
步骤c.保持可变电阻R1接入电路电阻不变,读出此时毫安表示数I;
步骤d.换用不同已知重力的重物,挂在滑环上记录每一个重力值对应的电流值;
步骤e.将毫安表刻度盘改装为重力刻度盘.
(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式F=.
(2)设R-F图象斜率为k,试写出毫安表示数I与待测重物重力G关系的表达式,I=(用E、r、R1、R g、R0、k、θ表示).
(3)若R-F图象中R0=100 Ω,k=0.5 Ω/N,测得θ=60°,毫安表指针半偏,则待测重物重力G= N.
(4)关于改装后的重力刻度盘,下列说法正确的是.
A.重力零刻度线在毫安表满刻度处,刻度线均匀
B.重力零刻度线在毫安表零刻度处,刻度线均匀
C.重力零刻度线在毫安表满刻度处,刻度线不均匀
D.重力零刻度线在毫安表零刻度处,刻度线不均匀
(5)若电源电动势不变,内阻变大,其他条件不变,用这台简易“吊秤”称重前,进行了步骤a操作,则测量结果(填“偏大”“偏小”或“不变”).
考点3 实验:传感器的简单使用
1.(1)①0(1分) ②8.8×10-10(8.2×10-10~9.4×10-10均可)(1分) 1.5×10-4(1.4×10-4~1.6×10-4均可)(1分)
(2)右(1分) 1k [E I -(R g +R'+r+R 0)](1分) 解析:(1)①电容器串联在电路中,电容器充电完毕后,电路断路,故电路中电流为0时表示电容器极板间电压最大.②图线与两坐标轴所围成的面积就是电容器放出的电荷量Q ,数格子,满半格的算1格,不足半格的不计数,共88(82~94均可)格;每一小格表示电荷量为ΔI Δt=20×10-6 A ×0.5×10-6 s =10-11 C,故Q=8.8×10-10 C(8.2×10-10~9.4×10-10 C 均可),则电容C=Q U =8.8×10-106.0 F =1.5×10-4 μF(由于数的格数有误差,结果为1.4×10-4~1.6×10-4 μF 均可).
(2)温度t 1<t 2,电阻R 1<R 2,电流I 1>I 2,故t 1的刻度应在t 2的右侧;根据闭合电路欧姆定律,有E=Ir+IR+IR g +IR',根据金属电阻与温度的关系图象,得到R=R 0+kt ,联立得到t=1k [E I -(R g +R'+r+R 0)].
2.(1)B (1分) (2)50+t (2分) (3)如图所示(2分)
(4)50(2分) 将恒流源的输出电流调小(其他方法合理也给分,2分) 解析:(1)由于实验电路采用滑动变阻器的限流接法,开关闭合前,滑动变阻器的滑片应移至接入电路中阻值最大处,即滑动变阻器的滑片应移至B 端.(2)根据R t -t 关系图线,可知其在纵轴上的截距为50 Ω,图线的斜率大小为1 Ω/℃,则该热敏电阻的R t -t 关系式为R t =50+t (Ω).(3)由于铂热敏电阻的阻值与温度的关系为线性关系,而电源为恒流源,根据欧姆定律U=IR ,可知应选择电压表并联在铂热敏电阻两端.(4)选择恒流源的输出电流为0.15 A,当选用的电压表达到满偏时电阻两端电压为15 V ,由欧姆定律U=IR ,可得铂热敏电阻的阻值为100 Ω,结
合图(b)可知对应的温度为50 ℃.要提高该温度计所能测量的最高温度值,对应的铂热敏电阻的阻值需要提高,电压表的最大量程已确定,由欧姆定律U=IR 可知,可以将恒流源的输出电流调小.
3.(1)G
2cosθ(2分) (2)E r+R g +R 1+R 0+k G
2cosθ(2分)
(3)600(2分) (4)C(2分) (5)不变(2分)
解析:(1)敏感电阻丝上的拉力为F ,受力分析可得2F cos θ=G ,解得F=G 2cosθ .(2)由图甲可知,敏感
电阻丝电阻R=R 0+kF=R 0+k G 2cosθ,对图乙所示电路,由闭合电路欧姆定律,可得
I=E r+R g +R 1+R =E r+R g +R 1+R 0+k G 2cosθ .(3)不悬挂重物时,毫安表指针满偏,为10 mA,即0.01 A =E r+R g +R 1+R 0;若毫安表半偏,为5 mA ,0.005 A =E r+R g +R 1+R ,联立解得R=400 Ω,由R=R 0+kF 解得F=600 N,由F=G
2cosθ
解得G=600 N.(4)由I=E
r+R g+R1+R0+k
G
2cosθ
可知,重力零刻度线在毫安表满刻度处,刻度线不均匀,选项
C正确.(5)若电源电动势不变,内阻增大,其他条件不变,用这台简易“吊秤”称重前,已经调节可变电阻使毫安表满偏,相当于减小了可变电阻R1的阻值,则测量结果不变.。