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第5章
本章整合
知识网络·体系构建
专题突破·归纳整合
目录索引
知识网络·体系构建
专题突破·归纳整合
专题一 传感器及常见敏感元件
1.传感器:传感器是能够把易感受的力、温度、光、声、化学成分等非电学量按照一定的规律转换为容易进行测量、传输、处理和控制的电压、电流等电学量或转换为电路通断的一类元件。原理如下所示:
2.光敏电阻:光敏电阻是用半导体材料制成的,其特点是在被光照射时电阻会发生变化,光照增强电阻减小,光照减弱电阻增大,其作用是把光学量转换为电学量。
3.热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大。其特点是化学稳定性好,测温范围大,但灵敏度较差。热敏电阻是由半导体材料制成的,其电阻率对温度非常敏感。热敏电阻有正温度系数(PTC热敏电阻)、负温度系数(NTC热敏电阻)两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大,负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小。金属热电阻和热敏电阻都能把热学量转换为电学量。
4.电容器:平行板电容器的电容大小与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关,电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为相应的电容变化。例如,当极板受力时会改变极板间距,从而引起电容变化。
5.霍尔元件:霍尔元件能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量,
典例1 某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-U关系曲线图如图甲所示。
(1)为了通过测量得到如图甲所示I-U关系的完整曲线,在图乙和图丙两个电路中应选择的是 ;简要说明理由:
_______________________________________________。(电源电动势为9 V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0~100 Ω)
图乙
电路电压可从0调到所需电压,电压调节范围大
(2)在如图丁所示电路中,电源电压恒为9 V,电流表读数为70 mA,定值电阻R1=250 Ω。由热敏电阻的I-U关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为
V;电阻R2的阻值为 Ω。
(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子: 。
5.4
105.9
恒温箱,自动孵化器,热敏温度计等
解析 (1)由于I-U关系图线中电压从0调至所需电压,电压调节范围大,所以应选择图乙。
(2)由题图丙知,R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上,总电流I=70 mA,R1=250 Ω。设通过热敏电阻的电流为I2,通过R1的电流为I1,则I=I1+I2,
(3)应用热敏电阻的例子很多,如恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等。
方法技巧 应明确变阻器满足以下条件时,变阻器应采用分压式接法:①实验要求电流或电压从零调或实验要求电流调节范围足够大;②当变阻器的全电阻远小于待测电阻时。
针对训练1
如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻,下列判断正确的是( )
A.当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
B.当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得高电压
C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
答案 B
解析 信号处理系统获得的电压是R0两端的电压,当扫描笔头在黑色线条上移动时,R相当于大电阻,根据闭合电路欧姆定律,回路电流很小,R0两端的电压很低,信号处理系统获得低电压;当扫描笔头在白色间隔上移动时,R相当于小电阻,回路电流较大,R0两端的电压较高,信号处理系统获得高电压,A错误,B正确;如果扫描速度发生变化,在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化,若扫描速度过快,可能无法正确判断黑、白条纹宽度,出现错误识别信息,C错误;扫描笔头外壳出现破损时,外面的光就会进入光敏三极管,从而出现错误信息,导致扫描笔不能正常工作,D错误。
专题二 传感器在实际问题中的应用
以传感器为桥梁可以将多方面的物理知识整合在一起,在实际问题中既可以直接考查传感器知识,也可以考查敏感元件的敏感特性。几种传感器及与其相联系的物理知识,如表:
传感器种类 敏感元件 与之相联系的物理知识
光传感器 光敏电阻 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 直流电路问题
力传感器 力敏电阻 力学、运动学与直流电路
电容传感器 电容器 力、运动与含电容电路
典例2 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。若图甲为某力敏元件在室温下的电阻—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,需先测量力敏元件处于压力
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力敏元件阻值的电路,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0.4×102~0.8×102 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.力敏元件:无压力时阻值R0=6 000 Ω
B.滑动变阻器R:最大阻值为200 Ω
C.电流表A:量程2.5 mA,内阻约30 Ω
D.电压表V:量程3 V,内阻约3 kΩ
E.直流电源E:电动势3 V,内阻很小
F.开关S,导线若干
答案 见解析图
(2)正确接线后,将力敏元件置于待测压力下,通过力敏元件的电流是1.33 mA,电压表的示数如图丙所示,则电压表的读数为 V。
(3)此时力敏元件的阻值为 Ω;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)
2.00
1.5×103
60
解析 (1)根据题述对实验电路的要求,应该采用分压式接法、电流表内接的电路,原理图如图所示。
(2)根据电压表读数规则,电压表读数为2.00 V。
针对训练2
为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系,某同学用如图甲所示的电路进行实验,得出两种U-I图线,如图乙所示。
(1)根据U-I图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为 Ω,强光照射时电阻为 Ω。
(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ,毫安表的内阻约为100 Ω,考虑到电表内阻对实验结果的影响,此实验中 (选填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大。若测量这种光照下的电阻,则需将实物图中毫安表的连接方式采用 (选填“内接”或“外接”)法进行实验,实验结果较为准确。
3 000
200
强光照射时
外接
解析 (1)光敏电阻的阻值随光照的增强而减小,结合题图乙知正常光照射
(2)实验电路采用的是毫安表内接法,测得的结果比真实值偏大,当待测电阻远大于毫安表内阻时实验误差较小,所以强光照射时误差较大;强光照射时采用毫安表外接法实验结果较为准确。
专题三 利用传感器制作简单的自动控制装置
1.敏感元件:相当于人的感觉器官,直接感受被测量,并将其变换成与被测量成一定关系的易于测量的物理量。
2.转换元件:也称为传感元件,通常不直接感受被测量,而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量输出。
3.转换电路:是将转换元件输出的电学量转换成易于测量的电学量,如电压、电流等。
典例3 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 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在所给的器材符号之间画出连线,组成测量电路图。
答案 (1)如图所示。
(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 kΩ(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变化的曲线如图甲所示。
(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 kΩ。由图甲求得,此时室温为 ℃(保留3位有效数字)。
1.8
25.5
(4)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乙所示。图乙中,E为直流电源(电动势为10 V,内阻可忽略);当图乙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 (选填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻,另一固定电阻的阻值应为 kΩ(保留2位有效数字)。
甲
乙
R1
1.2
解析 本题属于创新性实验题,通过传感器的控制作用,考查考生的实验设计能力。
(1)滑动变阻器的阻值远小于热敏电阻的阻值,滑动变阻器使用分压接法;电压表为理想电表,所以电流表使用外接法。
(3)由题图甲可得,2.2 kΩ对应的温度为25.5 ℃。
(4)输出电压即R2两端电压达到或超过6.0 V时报警器报警,即R2两端电压应随温度升高而变大,因为该热敏电阻R随温度升高而变小,由串联电路分压规律知R1为热敏电阻;由题图甲可得,50 ℃对应的热敏电阻阻值为0.8 kΩ,另一固定电阻R2两端的电压为6 V时,R1两端的电压为4 V,则 =1.2 kΩ。
方法技巧 传感器问题的分析思路:不同类型的传感器,其工作原理一般不同,但所有的传感器都是把非电学量的变化转换为电学量的变化。因此我们可以根据电学量的变化来推测相关量的变化。
类型 工作原理 举例
物理 传感器 利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息 压力传感器、温度传感器、光传感器、磁传感器、电容传感器等
化学 传感器 利用化学反应识别和检测信息 气敏传感器、湿敏传感器等
生物 传感器 利用生物化学反应识别和检测信号 酶传感器、组织传感器、细胞传感器等
针对训练3
如图所示是电饭煲的电路图,S1是一个温控开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103 ℃)时,会自动断开。S2是一个自动温控开关,当温度低于70 ℃时,会自动闭合;温度高于80 ℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯电阻不计。
(1)分析电饭煲的工作原理。
(2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。
(3)简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗
解析 (1)电饭煲接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态。加热到80 ℃时,S2自动断开,S1仍闭合。水烧干后,温度升高到“居里点”103 ℃时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。由于散热,待温度降至70 ℃时,S2自动闭合,电饭煲重新加热。温度达到80 ℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态,如此循环。
(3)如果不闭合开关S1,开始S2是闭合的,R1被短路,功率为P1;当温度上升到80 ℃时,S2自动断开,功率降为P2;温度降低到70 ℃,S2自动闭合……温度只能在70~80 ℃之间变化,不能把水烧开,不能煮熟饭。
答案 (1)见解析 (2)12∶1 (3)见解析第5章测评
(时间:75分钟 满分:100分)
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.观察电阻值随温度变化情况的示意图如图所示。现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
A.如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显
B.如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显
C.如果R为负温度系数热敏电阻(用半导体材料制作),读数变小,读数变化非常明显
D.如果R为负温度系数热敏电阻(用半导体材料制作),读数变小,读数变化不明显
2.电容式传感器部分构件的示意图如图所示。当动片(实线图)和定片(虚线图)之间正对扇形区的圆心角的角度θ发生变化时,电容C便发生变化,下列图像能正确反映C和θ间的函数关系的是( )
3.(2023辽宁营口高二月考)关于传感器,下列说法正确的是( )
A.太阳能自动控制路灯一般用热敏电阻作为敏感元件
B.电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体
C.话筒是一种常用的声音传感器,其作用是将电信号转化为声音信号
D.干簧管可以起到开关作用,是一种能够感知温度的传感器
4.如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图,要求是:正常情况绿灯亮,有险情时电铃报警,则图中的甲、乙、丙分别是( )
A.小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B.半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
C.绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻
D.半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
二、多项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分,每小题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
5.一些学校为了保证教室照明条件,采用智能照明系统,在自然光不足时接通电源启动日光灯,而在自然光充足时,自动关闭日光灯。其原理图如图所示,R为一光敏电阻,L为一带铁芯的螺线管,在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁,一端用铰链固定在墙上可以自由转动,另一端用一绝缘棒连接两动触头,有关这个智能照明系统的工作原理描述正确的是( )
A.光照越强,光敏电阻阻值越大,衔铁被吸引下来
B.在光线不足时,光敏电阻阻值变大,电流减小,衔铁被弹簧拉上去,日光灯接通
C.上面两接线柱和日光灯电路连接
D.下面两接线柱和日光灯电路连接
6.如图所示,用两种不同的金属丝组成的一个回路,触点1插在热水中,触点2插在冷水中,电流表指针会发生偏转,这就是温差发电现象。下列有关温差发电现象的说法正确的是( )
A.该实验符合能量守恒定律
B.该实验中有部分内能转化为电路的电能
C.该实验中热水的温度降低,冷水的温度升高
D.该实验中热水的温度降低,冷水的温度不变化
7.计算机光驱的主要部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( )
A.当有光照射R1时,处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时,处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
8.利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图如图所示,其中A是发光仪器,B是光敏电阻,R是普通定值电阻,下列说法正确的是( )
A.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
B.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
C.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
D.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
三、非选择题:共60分。考生根据要求作答。
9.(4分)利用负温度系数热敏电阻制作的温度传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和电阻串联成一个电路,如图甲所示,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变 (选填“大”或“小”)。
(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度(如图乙所示)换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃,则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的 (选填“左”或“右”)侧。
10.(4分)一些材料的电阻随温度的升高而变化。由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像如图甲所示,若用该电阻与电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)、电流表(量程为5 mA,内阻不计)、电阻箱R'串联起来,连接成如图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。
(1)电流刻度较大处对应的温度刻度 (选填“较大”或“较小”);
(2)若电阻箱阻值R'=150 Ω,当电流为5 mA时对应的温度数值为 ℃。
11.(5分)为设计一个白天自动关灯,黑夜自动开灯的自动控制装置,可供选择的仪器如下:光敏电阻、电磁继电器、电池、交流电源、开关、导线和灯泡等。
(1)用导线连接各仪器。
(2)简述其工作原理。
12.(7分)如图所示,一热敏电阻RT放在控温容器M内;A为毫安表,量程为6 mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9 Ω;S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω,在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在95 ℃到20 ℃之间的多个温度下RT的阻值。
(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图。
(2)完成下列实验步骤中的填空:
①依照实验原理电路图连线。
②调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 ℃。
③将电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全。
④闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录 。
⑤将RT的温度降为T1(20 ℃⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1= 。
⑦逐步降低T1的数值,直至20 ℃为止;在每一温度下重复步骤⑤⑥。
13.(10分)霍尔效应是电磁基本现象之一。如图甲所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足UH=k,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图甲所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与 (选填“M”或“N”)端通过导线相连。
(2)已知薄片厚度d=0.40 mm,该同学保持磁感应强度B=0.10 T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如下表所示。
I/(×10-3 A) 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0
UH/(×10-3 V) 1.1 1.9 3.4 4.5 6.2 6.8
根据表中数据画出UH-I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为 ×10-3 V·m·A-1·T-1。(结果保留两位有效数字)
(3)该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图乙所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流从Q端流入、P端流出,应将S1掷向 (选填“a”或“b”),S2掷向 (选填“c”或“d”)。
14.(12分)有一种测量压力的电子秤,其原理图如图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源,R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻,G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器。R是一个压力传感器,其阻值可随压力大小变化而改变,其关系如表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计。
电压F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 …
(1)利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数式。
(2)若电容器的耐压值为5 V,该电子秤的最大称量值为多少
(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度,则该测力显示器的刻度是否均匀
15.(18分)如图所示为检测某传感器的电路图。传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样,电流表的量程为0.6 A,电压表的量程为3 V。
(1)求传感器的电阻和额定电流。
(2)为了确保电路各部分的安全,在a、b之间所加的电源电压最大值是多少
(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω,则该传感器就失去作用。实际检测时,将一个恒压电源加在图中a、b之间,闭合开关S,通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压。检测记录如下:
次数 电压表示数U/V 电流表示数I/A
第一次 1.48 0.16
第二次 0.91 0.22
若不计检测电路对传感器电阻的影响,你认为这个传感器是否仍可使用 此时a、b间所加的电压是多少
第5章测评
1.C 当R为金属热电阻时,水的温度升高,电阻的阻值变大,欧姆表的示数会变大,但由于热传导需要时间,故其电阻变化不灵敏,A、B两项错误;若电阻为负温度系数热敏电阻,其阻值随着温度的升高会迅速减小,欧姆表的示数也会迅速减小,故C项正确,D项错误。
2.D 当角度θ发生变化时,极板正对面积发生变化,S=πr2θ,又C=,所以C=,故D项正确。
3.B 太阳能自动控制路灯一般用光敏电阻作为敏感元件,故A错误;电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体,故B正确;动圈式话筒是通电导体在磁场中切割磁感线,产生变化的电流,把声音信号转化为电信号,故C错误;干簧管是一种能够感知磁场的传感器,能够把磁信号转变为电路的通断,故D错误。
4.B 甲的回路应为控制电路,甲是半导体热敏电阻;热敏电阻的特点是温度高,电阻小,电流大,继电器工作,触头被吸下,乙被接通应报警,即乙是小电铃;平常时,温度低,电阻大,电流小,丙导通,丙应是绿灯泡,即B正确。
5.BC 由光敏电阻的特性可知,光照强度越强,电阻越小,电流越大,所以选项A错误,选项B正确;上面两接线柱应接日光灯电路,所以选项C正确,选项D错误。
6.ABC 该实验遵循能量守恒定律,最终将达到热平衡,内能转化为电能,热水温度降低,冷水温度升高,故A、B、C正确,D错误。
7.AD R1、R2和电源组成一个闭合电路,当激光照到光敏电阻时,R1的阻值变小,总电流变大,则R2两端获得高电压,只有R2两端获得高电压时,处理系统才能进行信号处理,因此选A、D。
8.AD B是光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小,当没有物品挡住光时,光射向B,B的阻值减小,其电流变大,由U=E-Ir知电压表读数变小,A项正确,B项错误;有物品时,光被挡住,B的阻值增大,电流减小,电压表读数变大,C项错误,D项正确。
9.解析 (1)因为负温度系数热敏电阻温度升高时电阻减小,温度降低时电阻增大,故电路中电流会减小。
(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25℃的刻度对应较大电流,故在20℃对应电流刻度的右侧。
答案 (1)小 (2)右
10.解析 (1)由题图甲可知,温度升高,电阻阻值增大,电路中电流减小,因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小。
(2)电流为5mA时,电路总电阻为300Ω,电阻箱阻值R'=150Ω,则R=150Ω,由题图甲得对应的温度为50℃。
答案 (1)较小 (2)50
11.答案 (1)电路连接如图所示。
(2)当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路中电流增大,电磁继电器B工作,吸住衔铁使触点断开,灯泡熄灭。当夜晚降临时,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路中电流减小,弹簧将衔铁拉起,使触点接通,灯泡点亮。
12.解析 (1)由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表,所以应该用“替代法”,考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变,因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路,如图所示。而且热敏电阻RT在95℃和20℃时的阻值是已知的,所以热敏电阻的初始温度为95℃,则电流表示数不变时,热敏电阻和电阻箱的阻值应保持150Ω和电阻箱的初值之和不变;如果热敏电阻的初始温度为20℃,则电流表示数不变时,热敏电阻和电阻箱的阻值应保持550Ω和电阻箱的初值之和不变。因此可以测量任意温度下的电阻。
(2)④闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录电阻箱的读数R0。⑤将RT的温度降为T1(20℃答案 (1)实验原理电路图见解析 (2)④电阻箱的读数R0 ⑤仍为I0 电阻箱的读数R1 ⑥R0-R1+150 Ω
13.解析 (1)通过矩形半导体薄片中的电流由P向Q,根据左手定则可知带正电粒子受到的洛伦兹力由N端指向M端,即带正电粒子向M端偏转,所以M端聚集正电荷,M端电势高于N端,故电压表的“+”接线柱应接M端。(2)由UH=k可得霍尔系数k=,由图线可得斜率k'==0.38V/A,故k=V·m·A-1·T-1=1.5×10-3V·m·A-1·T-1。(3)为使电流自Q端流入、P端流出,应将S1掷向b,将S2掷向c。
答案 (1)M (2)如图所示 1.5 (3)b c
14.解析 (1)由表中数据可知k==0.4Ω/N
所以电阻R随压力F变化的函数表达式为R=(300-0.4F)Ω。
(2)R上受到的压力越大,R的阻值越小,电容器两端电压越大,但不能超过5V,所以,解得R的最小值Rmin=60Ω,又因为R=(300-0.4F)Ω,得出最大称量值Fmax=600N。
(3)电流表中的电流I=,电流I与压力F不是线性关系,则该测力显示器的刻度不均匀。
答案 (1)R=(300-0.4F) Ω (2)600 N (3)不均匀
15.解析 (1)R传=Ω=10Ω
I传=A=0.3A。
(2)最大电流Im=I传=0.3A
电源电压最大值Um=U传+U0,U传为传感器的额定电压,
U0为R0m=10Ω时R0两端的电压,即U0=I传·R0m=0.3×10V=3V
Um=U传+U0=3V+3V=6V。
(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为R传',根据第一次实验记录数据有U=I1R传'+U1
根据第二次实验记录数据有U=I2R传'+U2
代入数据,解得R传'=9.5Ω,U=3V
传感器的电阻变化为ΔR=R传-R传'=10Ω-9.5Ω=0.5Ω<1Ω,所以此传感器仍可使用。
答案 (1)10 Ω 0.3 A (2)6 V (3)此传感器仍可使用
3 V
