第5讲 实验:利用传感器制作简单的自动控制装置
一、实验基础梳理
1.实验目的
(1)认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。
(2)学会利用传感器制作简单的自动控制装置。
2.实验原理
(1)传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。
(2)工作过程。
3.实验案例
(1)研究热敏电阻的热敏特性。
①实验器材。
热敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、温度计、导线等。
②实验步骤。
a.按如图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。
b.把多用电表选择开关置于电阻挡,并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。
c.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。
d.将不同温度的热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。
③数据处理。
a.把测量到的温度、电阻阻值填入表中,根据记录数据,分析热敏电阻的特性。
温度/℃
电阻/Ω
b.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
c.根据实验数据和R-t图线,得出结论。
④注意事项。
在做本实验时,加水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。
(2)研究光敏电阻的光敏特性。
①实验器材。
光敏电阻、多用电表、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、导线等。
②实验步骤。
a.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图所示电路连接好,其中多用电表选择开关置于倍率为×100的电阻挡。
b.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。
c.打开电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡逐渐变亮,观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
d.用手掌(或黑纸)遮光时,观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
③数据处理。
将数据记入表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/Ω
④注意事项。
本实验中,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的强度。
二、五种敏感元件的作用和特点
1.热敏电阻:将温度这个热学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。
2.金属热电阻:将温度这个热学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,随温度的降低而减小。
3.光敏电阻:将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,光敏电阻的阻值随光照增强而减小,随光照减弱而增大。
4.霍尔元件:将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量,对于某个确定的霍尔元件,它的厚度d、霍尔系数k为定值,如果保持电流I恒定,则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比(UH=k)。
5.压敏电阻:将压力这个力学量转换为电阻这个电学量,压敏电阻的阻值随压力的变化而变化。
考点一 基础性实验
[例1] 【温度传感器】 (2025·江西南昌模拟)某同学学习传感器的知识后,想利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性,制作了一个简易低油位报警装置。
(1)该同学首先利用多用电表电阻挡“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值,示数如图甲所示,则此时热敏电阻的阻值为RT= kΩ。
甲
(2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系,设计了如图乙所示的实验电路,定值电阻R1=2.5 kΩ,在某次测量中,毫安表A1的示数为5.0 mA,毫安表A2的示数为2.0 mA,且已知毫安表A2的内阻为200 Ω,则此次测量时,热敏电阻的阻值为 kΩ。
(3)经过多次测量,该同学得到热敏电阻阻值随温度的变化关系图像如图丙所示,可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。
(4)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示,其中电源电动势E=5.0 V,定值电阻R=1.6 kΩ,长为l=50 cm、粗细均匀的热敏电阻下端紧靠在油箱底部,不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流I≥2.0 mA时报警器开始报警,若测得报警器报警时油液(热敏电阻)的温度为30 ℃,油液外热敏电阻的温度为70 ℃,由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为 cm。
【答案】 (1)1.6 (2)1.8 (3)慢 (4)20
【解析】 (1)由多用电表电阻挡的读数规则可知,此时热敏电阻的阻值为RT=16×100 Ω=
1.6 kΩ。
(2)热敏电阻两端的电压为UT=I2(R1+r2)=5.4 V,通过热敏电阻的电流为IT=I1-I2=3.0 mA,则热敏电阻的阻值为RT==1.8 kΩ。
(3)由题图丙可得,图线斜率的绝对值越来越小,所以该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越慢。
(4)设警戒液面到油箱底部的距离为x,温度为30 ℃时热敏电阻的阻值为RT1=1.5 kΩ,则在油液内的热敏电阻的阻值为R1=RT1,同理,可得油液外的热敏电阻的阻值为R2=RT2,其中RT2=0.5 kΩ,由闭合电路欧姆定律有E=I(R+R1+R2),将E=5 V,I=2.0 mA,R=1.6 kΩ代入可得x=20 cm。
[例2] 【光电传感器】 (2025·山东青岛模拟)蔬菜育苗过程对环境要求严格,温室内的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等都很重要。其中光照强度简称照度,可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为勒克斯(lx)。蔬菜生长适宜的照度为4 000～25 000 lx,为了控制照度,科技人员设计了图甲所示的智能光控电路,当照度低于4 000 lx时,启动照明系统进行补光。
(1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R0,某同学按如图乙连接各元件,测量光敏电阻在不同照度时的电阻,则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器滑到 (选填“1”或“2”)端;请根据图乙在虚线框内画出对应的电路图。
(2)通过测量得出了电阻随照度变化的规律如图丙所示,由图可判断光敏电阻的阻值R0与照度 (选填“满足”或“不满足”)反比例函数关系。
(3)该同学用上述光敏电阻连接成图甲所示的控制电路,其中电源电动势E=9.0 V,内阻r=10 Ω,定值电阻R1=100 Ω,电阻箱R2的阻值调节范围是0～999.9 Ω,光敏电阻R0的电压U增加到2.0 V时光照系统开始工作,为了使光敏电阻在照度降低到4 000 lx时,自动控制系统开始补光,电阻箱R2的阻值应该调节为 Ω。
(4)该光控装置使用较长时间后电源内阻变大,使得自动控制系统正常工作时的最小照度
(选填“大于”“小于”或“等于”) 4 000 lx。
【答案】 (1)2 图见解析 (2)不满足 (3)65
(4)小于
【解析】 (1)为了保证电路的安全应将滑动变阻器滑到2端,从而使光敏电阻两端的电压为零;根据实物图可得电路图如图所示。
(2)根据题图丙可知纵坐标与横坐标的乘积不是一个常数,所以光敏电阻的阻值R0与照度不满足反比例函数关系。
(3)根据闭合电路欧姆定律得I=,根据题图丙可知在照度降低到4 000 lx时,对应的阻值为R0=50 Ω,又有U=IR0,其中U=2.0 V,联立可得R2=65 Ω。
(4)光控装置使用较长时间后电源内阻变大,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流变小,R0两端的电压变小,从而导致自动控制系统正常工作时的最小照度小于4 000 lx。
考点二 创新性实验
[例3] 【实验器材的创新】 (2024·河北卷,12)某种花卉喜光,但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器,以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下:学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω,1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性。
使用多用电表的“×10k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图甲所示,当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(如图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(如图乙)。由此判断M端为二极管的 (选填“正极”或“负极”)。
乙
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性。
①采用图丙中的器材进行实验,部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的 、 、
接线柱(以上三空均选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而 (选填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能。
图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应 (选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光。
【答案】 (1)负极 (2)①A A C(或D)
②减小 (3)增大
【解析】 (1)根据欧姆表结构,欧姆表黑表笔接内部电源正极,当黑表笔接M端时,电阻无穷大,说明二极管反向截止,即M端为二极管负极。
(2)①题干要求电压表、电流表读数从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法,故L1、L2接滑动变阻器A接线柱,L3必须接在滑动变阻器金属杆两端接线柱任意一个,即C或D。
②由题图丁可知,随光照强度增加,I-U图像斜率增大,所以电阻减小。
(3)三极管未导通时,RG与R1串联。随着光强增强,RG电阻减小,此时三极管仍未导通,说明R1分压小,故需要增大R1。
[例4] 【实验情境的创新】 (2024·广东卷,12)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置,实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路。所用器材有:电源E(电动势3 V)、电压表和(量程均有3 V和15 V,内阻均可视为无穷大)、滑动变阻器R、两个相同的光敏电阻RG1和RG2、开关S、手电筒、导线若干。图乙是实物图,图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出,控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。
(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表间的实物图连线。
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于 端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。
②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置。的示数如图丙所示,读数U1为 V,的示数U2为1.17 V。由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 (选填“较大”或“较小”)。
③断开S。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。
②闭合S,并启动控制单元,控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此时两电压表的示数U1【答案】 (1)图见解析 (2)①b ②1.60 较大
(3)②逆时针 U1=U2
【解析】 (1)实物图电路连线如图。
(2)①滑动变阻器采用分压式接法接入电路,为保证并联电路安全,滑片应置于b端。
②电压表接入量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则读数为1.60 V;由此可知表面光照强度较小的RG1两端电压较大,说明表面光照强度较小的阻值较大。
(3)②由于两电压表的示数U1(满分:30分)
1.(8分)(2025·湖北襄阳模拟)某学习小组想设计一款一氧化碳报警器,经查阅资料,发现人体所处的环境中一氧化碳浓度超过60 mg/m3,便容易发生一氧化碳中毒。他们购买了一款气敏电阻,其阻值会随着一氧化碳浓度的变化而变化,产品说明书中提供了该气敏电阻阻值随一氧化碳浓度变化的关系图像,如图甲所示。
(1)该学习小组找来量程为0～3 V的电压表(内阻很大),并将表盘的0～1 V区域涂成红色,然后将气敏电阻Rq、电源(电动势E=4 V,内阻可忽略不计)、电压表和调好阻值的电阻箱连接成如图乙所示的电路。将整个电路置于密闭容器中,充入一氧化碳气体,随着一氧化碳浓度的增加,电压表的读数逐渐 (选填“增大”或“减小”),当浓度达到60 mg/m3时,电压表指针恰好指到表盘红色区的右边缘,即1 V处,则他们调好的电阻箱的阻值是 Ω(结果保留3位有效数字)。若要使该装置在一氧化碳浓度更低时,指针就指到红色区,应将电阻箱的阻值适当 (选填“调大”或“调小”)。
(2)为了使报警效果更好,他们去掉电压表,改用绿灯泡指示灯、蜂鸣器报警相结合的方式。电路如图丙所示,绿色灯泡电阻为18 Ω,电压达到0.9 V灯泡才会发光,P为光控开关,有光照时开关断开,无光照时开关接通,光控开关P正对绿色灯泡。要实现当浓度小于60 mg/m3时绿色指示灯亮,当浓度达到60 mg/m3时,绿色指示灯灭、蜂鸣器报警,电阻箱的阻值应调到 Ω(结果保留3位有效数字)。
【答案】 (1)减小 767 调小 (2)63.7
【解析】 (1)根据题图甲可知,随着一氧化碳浓度的增加,Rq变大,根据闭合电路欧姆定律可知电路中电流减小,故电压表示数减小;当浓度达到60 mg/m3 时,由题图甲可知此时气敏电阻阻值为Rq=2.3 kΩ,有·(R+Rq)=E,UV=1 V,解得R≈767 Ω。若要使该装置在一氧化碳浓度更低时,指针就指到红色区,即此时气敏电阻阻值变小时,电压表的示数仍在0～1 V区域内,即电阻箱上分到的电压不变;根据串联电路规律可知,此时应适当调小电阻箱的阻值。
(2)当浓度达到60 mg/m3时绿色指示灯刚好熄灭,根据闭合电路欧姆定律有·(R并+RL)=
E,R并=,其中UL=0.9 V,RL=18 Ω,Rq=2.3 kΩ,解得R≈63.7 Ω。
2.(10分)(2025·重庆渝北联考)如图所示,图甲为一个自动筛选鸡蛋大小的装置,可以筛选出两类大小不同的鸡蛋。当不同大小的鸡蛋传送到压力秤上时,压力秤作用在压力传感器电阻R1上,其电阻值随压力秤所受压力的变化图像如图乙所示。R2是可调节电阻,其两端电压经放大电路放大后可以控制电磁铁是否吸动衔铁并保持一段时间。当电压超过某一数值时电磁铁可以吸动衔铁使弹簧下压,鸡蛋就进入B通道。已知电源电动势E=6 V,内阻不计,R2调节为10 Ω。
(1)由图乙可知,压力传感器的电阻值R1随压力的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
(2)从B通道通过的是 (选填“大”或“小”)鸡蛋。
(3)由两个图可知,当R2两端的电压超过3 V时,电磁铁可以吸动衔铁向下,则选择的大鸡蛋对压力秤的压力要大于 N。(保留到小数点后2位)
(4)要想选择出更大的鸡蛋,需要把电阻R2的阻值调 (选填“大”或“小”)。
【答案】 (1)减小 (2)大 (3)0.44(0.43～0.45均可) (4)小
【解析】 (1)由题图乙可知F越大,R1越小,即压力传感器的电阻值R1随压力的增大而减小。
(2)当鸡蛋质量较大时,压力秤作用于R1的压力F较大,则R1较小,通过R2的电流较大,故R2两端电压较大,经过放大电路放大后电压超过某一数值时电磁铁可以吸动衔铁使弹簧下压,鸡蛋就进入B通道,所以从B通道通过的是大鸡蛋。
(3)根据闭合电路欧姆定律得E=U2+IR1=U2+R1,解得R1=10 Ω,由题图乙可知,当R1=10 Ω时,F=0.44 N。所以选择的大鸡蛋对压力秤的压力要大于0.44 N。
(4)要选出更大的鸡蛋,即要使相同的鸡蛋送到压力秤时,R2两端的电压较原来的小,所以需要把R2的阻值调小。
3.(12分)(2024·广东佛山模拟)如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中实现称重的关键元件是拉力传感器,其工作原理是:挂钩上挂上重物,传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,其长度和横截面积都发生变化,拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将所称重物质量变换为电信号的过程。
(1)请说明拉力感应电阻丝的电阻随拉力增大而增大的原因是 。
(2)某研究小组找到了一根拉力敏感电阻丝RL,其电阻随拉力变化的关系如图乙所示,再按图丙设计了一个简易的“吊秤”,电路中电源电动势E约为15 V,内阻约为2 Ω;灵敏电流表满偏电流为10 mA,内阻约为5 Ω;R为电阻箱,最大阻值为9 999 Ω;RL接在A、B两接线柱之间,通过光滑绝缘滑环将重物吊起,接通电路完成下列操作:
①滑环不吊重物时,调节电阻箱R,当电流为某一示数I时,读出电阻箱的读数为R1。
②滑环吊起待测重物时,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ。
③调节电阻箱,使电流表示数仍然为I,读出电阻箱的读数为R2,则拉力敏感电阻丝电阻增加量为 。
(3)设RL-F的图像斜率为k,截距为b,则待测重物的重力G的表达式为G= (用以上测得物理量表示)。
(4)研究小组中一位同学受电阻表原理启发,将灵敏电流表重新刻度标记重物的重力,则标记重力示数的刻度盘刻度 (选填“均匀”或“不均匀”);呈现出 特点。
【答案】 (1)电阻丝变长,横截面积减小
(2)③R1-R2 (3)cos θ (4)见解析
【解析】 (1)随着拉力增大,电阻丝变长变细,根据电阻定律R=ρ可知,电阻增大。
(2)③电路中电流不变,则电路中外电阻不变,所以有ΔRL=R1-R2。
(3)RL-F图像的斜率为k==,解得F=,对重物受力分析有2Fcos θ=G,解得G=cos θ。
(4)根据闭合电路的欧姆定律得I=,令r″=R+r+r′,可得I=,解得RL=-r″,又RL=kF+b=+b,因为电流与G不是线性关系,所以刻度盘刻度不均匀,电流越小,重物越重,由数学知识可知,刻度盘靠近电流零刻度一侧刻度较密,另一侧较疏。
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)第5讲 实验:利用传感器制作简单的自动控制装置
一、实验基础梳理
1.实验目的
(1)认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。
(2)学会利用传感器制作简单的自动控制装置。
2.实验原理
(1)传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。
(2)工作过程。
3.实验案例
(1)研究热敏电阻的热敏特性。
①实验器材。
热敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、温度计、导线等。
②实验步骤。
a.按如图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。
b.把多用电表选择开关置于电阻挡,并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。
c.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。
d.将不同温度的热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。
③数据处理。
a.把测量到的温度、电阻阻值填入表中,根据记录数据,分析热敏电阻的特性。
温度/℃
电阻/Ω
b.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
c.根据实验数据和R-t图线,得出结论。
④注意事项。
在做本实验时,加水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。
(2)研究光敏电阻的光敏特性。
①实验器材。
光敏电阻、多用电表、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、导线等。
②实验步骤。
a.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图所示电路连接好,其中多用电表选择开关置于倍率为×100的电阻挡。
b.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。
c.打开电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡逐渐变亮,观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
d.用手掌(或黑纸)遮光时,观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
③数据处理。
将数据记入表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/Ω
④注意事项。
本实验中,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的强度。
二、五种敏感元件的作用和特点
1.热敏电阻:将温度这个热学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。
2.金属热电阻:将温度这个热学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,随温度的降低而减小。
3.光敏电阻:将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,光敏电阻的阻值随光照增强而减小,随光照减弱而增大。
4.霍尔元件:将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量,对于某个确定的霍尔元件,它的厚度d、霍尔系数k为定值,如果保持电流I恒定,则霍尔电压UH就与磁感应强度B成正比(UH=k)。
5.压敏电阻:将压力这个力学量转换为电阻这个电学量,压敏电阻的阻值随压力的变化而变化。
考点一 基础性实验
[例1] 【温度传感器】 (2025·江西南昌模拟)某同学学习传感器的知识后,想利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性,制作了一个简易低油位报警装置。
(1)该同学首先利用多用电表电阻挡“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值,示数如图甲所示,则此时热敏电阻的阻值为RT= kΩ。
甲
(2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系,设计了如图乙所示的实验电路,定值电阻R1=2.5 kΩ,在某次测量中,毫安表A1的示数为5.0 mA,毫安表A2的示数为2.0 mA,且已知毫安表A2的内阻为200 Ω,则此次测量时,热敏电阻的阻值为 kΩ。
(3)经过多次测量,该同学得到热敏电阻阻值随温度的变化关系图像如图丙所示,可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。
(4)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示,其中电源电动势E=5.0 V,定值电阻R=1.6 kΩ,长为l=50 cm、粗细均匀的热敏电阻下端紧靠在油箱底部,不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流I≥2.0 mA时报警器开始报警,若测得报警器报警时油液(热敏电阻)的温度为30 ℃,油液外热敏电阻的温度为70 ℃,由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为 cm。
[例2] 【光电传感器】 (2025·山东青岛模拟)蔬菜育苗过程对环境要求严格,温室内的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等都很重要。其中光照强度简称照度,可以反映光的强弱,光越强,照度越大,照度单位为勒克斯(lx)。蔬菜生长适宜的照度为4 000～25 000 lx,为了控制照度,科技人员设计了图甲所示的智能光控电路,当照度低于4 000 lx时,启动照明系统进行补光。
(1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R0,某同学按如图乙连接各元件,测量光敏电阻在不同照度时的电阻,则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器滑到 (选填“1”或“2”)端;请根据图乙在虚线框内画出对应的电路图。
(2)通过测量得出了电阻随照度变化的规律如图丙所示,由图可判断光敏电阻的阻值R0与照度 (选填“满足”或“不满足”)反比例函数关系。
(3)该同学用上述光敏电阻连接成图甲所示的控制电路,其中电源电动势E=9.0 V,内阻r=10 Ω,定值电阻R1=100 Ω,电阻箱R2的阻值调节范围是0～999.9 Ω,光敏电阻R0的电压U增加到2.0 V时光照系统开始工作,为了使光敏电阻在照度降低到4 000 lx时,自动控制系统开始补光,电阻箱R2的阻值应该调节为 Ω。
(4)该光控装置使用较长时间后电源内阻变大,使得自动控制系统正常工作时的最小照度
(选填“大于”“小于”或“等于”) 4 000 lx。
考点二 创新性实验
[例3] 【实验器材的创新】 (2024·河北卷,12)某种花卉喜光,但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器,以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下:学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω,1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性。
使用多用电表的“×10k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图甲所示,当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(如图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(如图乙)。由此判断M端为二极管的 (选填“正极”或“负极”)。
乙
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性。
①采用图丙中的器材进行实验,部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的 、 、
接线柱(以上三空均选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而 (选填“增大”或“减小”)。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能。
图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应 (选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光。
[例4] 【实验情境的创新】 (2024·广东卷,12)某科技小组模仿太阳能发电中的太阳光自动跟踪系统,制作光源跟踪演示装置,实现太阳能电池板方向的调整,使电池板正对光源。图甲是光照方向检测电路。所用器材有:电源E(电动势3 V)、电压表和(量程均有3 V和15 V,内阻均可视为无穷大)、滑动变阻器R、两个相同的光敏电阻RG1和RG2、开关S、手电筒、导线若干。图乙是实物图,图中电池板上垂直安装有半透明隔板,隔板两侧装有光敏电阻,电池板固定在电动机转轴上。控制单元与检测电路的连接未画出,控制单元对光照方向检测电路无影响。请完成下列实验操作和判断。
(1)电路连接。
图乙中已正确连接了部分电路,请完成虚线框中滑动变阻器R、电源E、开关S和电压表间的实物图连线。
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于 端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。
②闭合S,将R的滑片缓慢滑到某一位置。的示数如图丙所示,读数U1为 V,的示数U2为1.17 V。由此可知,表面光照强度较小的光敏电阻的阻值 (选填“较大”或“较小”)。
③断开S。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。
②闭合S,并启动控制单元,控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此时两电压表的示数U1(满分:30分)
1.(8分)(2025·湖北襄阳模拟)某学习小组想设计一款一氧化碳报警器,经查阅资料,发现人体所处的环境中一氧化碳浓度超过60 mg/m3,便容易发生一氧化碳中毒。他们购买了一款气敏电阻,其阻值会随着一氧化碳浓度的变化而变化,产品说明书中提供了该气敏电阻阻值随一氧化碳浓度变化的关系图像,如图甲所示。
(1)该学习小组找来量程为0～3 V的电压表(内阻很大),并将表盘的0～1 V区域涂成红色,然后将气敏电阻Rq、电源(电动势E=4 V,内阻可忽略不计)、电压表和调好阻值的电阻箱连接成如图乙所示的电路。将整个电路置于密闭容器中,充入一氧化碳气体,随着一氧化碳浓度的增加,电压表的读数逐渐 (选填“增大”或“减小”),当浓度达到60 mg/m3时,电压表指针恰好指到表盘红色区的右边缘,即1 V处,则他们调好的电阻箱的阻值是 Ω(结果保留3位有效数字)。若要使该装置在一氧化碳浓度更低时,指针就指到红色区,应将电阻箱的阻值适当 (选填“调大”或“调小”)。
(2)为了使报警效果更好,他们去掉电压表,改用绿灯泡指示灯、蜂鸣器报警相结合的方式。电路如图丙所示,绿色灯泡电阻为18 Ω,电压达到0.9 V灯泡才会发光,P为光控开关,有光照时开关断开,无光照时开关接通,光控开关P正对绿色灯泡。要实现当浓度小于60 mg/m3时绿色指示灯亮,当浓度达到60 mg/m3时,绿色指示灯灭、蜂鸣器报警,电阻箱的阻值应调到 Ω(结果保留3位有效数字)。
2.(10分)(2025·重庆渝北联考)如图所示,图甲为一个自动筛选鸡蛋大小的装置,可以筛选出两类大小不同的鸡蛋。当不同大小的鸡蛋传送到压力秤上时,压力秤作用在压力传感器电阻R1上,其电阻值随压力秤所受压力的变化图像如图乙所示。R2是可调节电阻,其两端电压经放大电路放大后可以控制电磁铁是否吸动衔铁并保持一段时间。当电压超过某一数值时电磁铁可以吸动衔铁使弹簧下压,鸡蛋就进入B通道。已知电源电动势E=6 V,内阻不计,R2调节为10 Ω。
(1)由图乙可知,压力传感器的电阻值R1随压力的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
(2)从B通道通过的是 (选填“大”或“小”)鸡蛋。
(3)由两个图可知,当R2两端的电压超过3 V时,电磁铁可以吸动衔铁向下,则选择的大鸡蛋对压力秤的压力要大于 N。(保留到小数点后2位)
(4)要想选择出更大的鸡蛋,需要把电阻R2的阻值调 (选填“大”或“小”)。
3.(12分)(2024·广东佛山模拟)如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中实现称重的关键元件是拉力传感器,其工作原理是:挂钩上挂上重物,传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,其长度和横截面积都发生变化,拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将所称重物质量变换为电信号的过程。
(1)请说明拉力感应电阻丝的电阻随拉力增大而增大的原因是 。
(2)某研究小组找到了一根拉力敏感电阻丝RL,其电阻随拉力变化的关系如图乙所示,再按图丙设计了一个简易的“吊秤”,电路中电源电动势E约为15 V,内阻约为2 Ω;灵敏电流表满偏电流为10 mA,内阻约为5 Ω;R为电阻箱,最大阻值为9 999 Ω;RL接在A、B两接线柱之间,通过光滑绝缘滑环将重物吊起,接通电路完成下列操作:
①滑环不吊重物时,调节电阻箱R,当电流为某一示数I时,读出电阻箱的读数为R1。
②滑环吊起待测重物时,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ。
③调节电阻箱,使电流表示数仍然为I,读出电阻箱的读数为R2,则拉力敏感电阻丝电阻增加量为 。
(3)设RL-F的图像斜率为k,截距为b,则待测重物的重力G的表达式为G= (用以上测得物理量表示)。
(4)研究小组中一位同学受电阻表原理启发,将灵敏电流表重新刻度标记重物的重力,则标记重力示数的刻度盘刻度 (选填“均匀”或“不均匀”);呈现出 特点。
(
第
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)(共48张PPT)
高中总复习·物理
第5讲
实验:利用传感器制作简单的
自动控制装置
一、实验基础梳理
1.实验目的
(1)认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。
(2)学会利用传感器制作简单的自动控制装置。
2.实验原理
(1)传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量
(一般是电学量)。
(2)工作过程。
3.实验案例
(1)研究热敏电阻的热敏特性。
①实验器材。
热敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、温度计、导线等。
②实验步骤。
a.按如图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。
b.把多用电表选择开关置于电阻挡,并选择适当的倍率测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。
c.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。
d.将不同温度的热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。
③数据处理。
a.把测量到的温度、电阻阻值填入表中,根据记录数据,分析热敏电阻的特性。
温度/℃
电阻/Ω
b.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。
c.根据实验数据和R-t图线,得出结论。
④注意事项。
在做本实验时,加水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。
(2)研究光敏电阻的光敏特性。
①实验器材。
光敏电阻、多用电表、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、导线等。
②实验步骤。
a.将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图所示电路连接好,其中多用电表选择开关置于倍率为×100的电阻挡。
b.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。
c.打开电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡逐渐变亮,观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
d.用手掌(或黑纸)遮光时,观察表盘指针显示光敏电阻阻值的情况,并记录。
③数据处理。
将数据记入表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。
光照强度 弱 中 强 无光照射
阻值/Ω
④注意事项。
本实验中,如果效果不明显,可将光敏电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的强度。
二、五种敏感元件的作用和特点
1.热敏电阻:将温度这个热学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。
2.金属热电阻:将温度这个热学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,随温度的降低而减小。
3.光敏电阻:将光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量,一般情况下,光敏电阻的阻值随光照增强而减小,随光照减弱而增大。
[例1] 【温度传感器】 (2025·江西南昌模拟)某同学学习传感器的知识后,想利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性,制作了一个简易低油位报警装置。
(1)该同学首先利用多用电表电阻挡“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值,示数如图甲所示,则此时热敏电阻的阻值为RT= kΩ。
1.6
甲
【解析】 (1)由多用电表电阻挡的读数规则可知,此时热敏电阻的阻值为RT=16×100 Ω=
1.6 kΩ。
(2)该同学为了进一步探究该热敏电阻阻值随温度变化的关系,设计了如图乙所示的实验电路,定值电阻R1=2.5 kΩ,在某次测量中,毫安表A1的示数为
5.0 mA,毫安表A2的示数为2.0 mA,且已知毫安表A2的内阻为200 Ω,则此次测量时,热敏电阻的阻值为 kΩ。
1.8
(3)经过多次测量,该同学得到热敏电阻阻值随温度的变化关系图像如图丙所示,可知该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越 (选填“快”或“慢”)。
慢
【解析】(3)由题图丙可得,图线斜率的绝对值越来越小,所以该热敏电阻的阻值随温度升高变化得越来越慢。
(4)该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示,其中电源电动势E=5.0 V,定值电阻R=1.6 kΩ,长为l=50 cm、粗细均匀的热敏电阻下端紧靠在油箱底部,不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流I≥2.0 mA时报警器开始报警,若测得报警器报警时油液(热敏电阻)的温度为30 ℃,油液外热敏电阻的温度为70 ℃,由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为 cm。
20
[例2] 【光电传感器】 (2025·山东青岛模拟)蔬菜育苗过程对环境要求严格,温室内的空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度以及光照强度等都很重要。其中光照强度简称照
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)。蔬菜生长适宜的照度为
4 000～25 000 lx,为了控制照度,科技人员设计了图甲所示的智能光控电路,当照度低于
4 000 lx时,启动照明系统进行补光。
(1)智能光控电路的核心元件是光敏电阻R0,某同学按如图乙连接各元件,测量光敏电阻在不同照度时的电阻,则在闭合电路开关前应该把滑动变阻器滑到 (选填“1”或“2”)端;请根据图乙在虚线框内画出对应的电路图。
2
【答案及解析】 (1)为了保证电路的安全应将滑动变阻器滑到2端,从而使光敏电阻两端的电压为零;根据实物图可得电路图如图所示。
(2)通过测量得出了电阻随照度变化的规律如图丙所示,由图可判断光敏电阻的阻值R0与照度 (选填“满足”或“不满足”)反比例函数关系。
不满足
【解析】 (2)根据题图丙可知纵坐标与横坐标的乘积不是一个常数,所以光敏电阻的阻值R0与照度不满足反比例函数关系。
(3)该同学用上述光敏电阻连接成图甲所示的控制电路,其中电源电动势E=9.0 V,内阻r=
10 Ω,定值电阻R1=100 Ω,电阻箱R2的阻值调节范围是0～999.9 Ω,光敏电阻R0的电压U增加到2.0 V时光照系统开始工作,为了使光敏电阻在照度降低到4 000 lx时,自动控制系统开始补光,电阻箱R2的阻值应该调节为 Ω。
65
(4)该光控装置使用较长时间后电源内阻变大,使得自动控制系统正常工作时的最小照度 (选填“大于”“小于”或“等于”) 4 000 lx。
小于
【解析】 (4)光控装置使用较长时间后电源内阻变大,根据闭合电路欧姆定律可知,总电流变小,R0两端的电压变小,从而导致自动控制系统正常工作时的最小照度小于4 000 lx。
[例3] 【实验器材的创新】 (2024·河北卷,12)某种花卉喜光,但阳光太强时易受损伤。某兴趣小组决定制作简易光强报警器,以便在光照过强时提醒花农。该实验用到的主要器材如下:学生电源、多用电表、数字电压表(0～20 V)、数字电流表(0～20 mA)、滑动变阻器R(最大阻值50 Ω,1.5 A)、白炽灯、可调电阻R1(0～50 kΩ)、发光二极管LED、光敏电阻RG、NPN型三极管VT、开关和若干导线等。
(1)判断发光二极管的极性。
使用多用电表的“×10k”欧姆挡测量二极管的电阻。如图甲所示,当黑表笔与接线端M接触、红表笔与接线端N接触时,多用电表指针位于表盘中a位置(如图乙);对调红、黑表笔后指针位于表盘中b位置(如图乙)。由此判断M端为二极管的 (选填“正极”或“负极”)。
负极
乙
【解析】 (1)根据欧姆表结构,欧姆表黑表笔接内部电源正极,当黑表笔接M端时,电阻无穷大,说明二极管反向截止,即M端为二极管负极。
(2)研究光敏电阻在不同光照条件下的伏安特性。
①采用图丙中的器材进行实验,部分实物连接已完成。要求闭合开关后电压表和电流表的读数从0开始。导线L1、L2和L3的另一端应分别连接滑动变阻器的 、 、 接线柱(以上三空均选填接线柱标号“A”“B”“C”或“D”)。
A
A
C(或D)
【解析】 (2)①题干要求电压表、电流表读数从零开始,所以滑动变阻器采用分压式接法,故L1、L2接滑动变阻器A接线柱,L3必须接在滑动变阻器金属杆两端接线柱任意一个,即C或D。
②图丁为不同光照强度下得到的光敏电阻伏安特性曲线,图中曲线Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ对应光敏电阻受到的光照由弱到强。由图像可知,光敏电阻的阻值随其表面受到光照的增强而 (选填“增大”或“减小”)。
减小
【解析】 ②由题图丁可知,随光照强度增加,I-U图像斜率增大,所以电阻减小。
(3)组装光强报警器电路并测试其功能。
图戊为利用光敏电阻、发光二极管、三极管(当b、e间电压达到一定程度后,三极管被导通)等元件设计的电路。组装好光强报警器后,在测试过程中发现,当照射到光敏电阻表面的光强达到报警值时,发光二极管并不发光,为使报警器正常工作,应 (选填“增大”或“减小”)可调电阻R1的阻值,直至发光二极管发光。
增大
【解析】 (3)三极管未导通时,RG与R1串联。随着光强增强,RG电阻减小,此时三极管仍未导通,说明R1分压小,故需要增大R1。
【答案及解析】 (1)实物图电路连线如图。
(2)光敏电阻阻值与光照强度关系测试。
①将图甲中R的滑片置于 端。用手电筒的光斜照射到RG1和RG2,使RG1表面的光照强度比RG2表面的小。
b
【解析】 (2)①滑动变阻器采用分压式接法接入电路,为保证并联电路安全,滑片应置于b端。
③断开S。
1.60
较大
【解析】 ②电压表接入量程为3 V,最小刻度为0.1 V,则读数为1.60 V;由此可知表面光照强度较小的RG1两端电压较大,说明表面光照强度较小的阻值较大。
(3)光源跟踪测试。
①将手电筒的光从电池板上方斜照射到RG1和RG2。
②闭合S,并启动控制单元,控制单元检测并比较两光敏电阻的电压,控制电动机转动。此时两电压表的示数U1逆时针
U1=U2
【解析】 (3)②由于两电压表的示数U11.(8分)(2025·湖北襄阳模拟)某学习小组想设计一款一氧化碳报警器,经查阅资料,发现人体所处的环境中一氧化碳浓度超过60 mg/m3,便容易发生一氧化碳中毒。他们购买了一款气敏电阻,其阻值会随着一氧化碳浓度的变化而变化,产品说明书中提供了该气敏电阻阻值随一氧化碳浓度变化的关系图像,如图甲所示。
(1)该学习小组找来量程为0～3 V的电压表(内阻很大),并将表盘的0～1 V区域涂成红色,然后将气敏电阻Rq、电源(电动势E=4 V,内阻可忽略不计)、电压表和调好阻值的电阻箱连接成如图乙所示的电路。将整个电路置于密闭容器中,充入一氧化碳气体,随着一氧化碳浓度的增加,电压表的读数逐渐 (选填“增大”或“减小”),当浓度达到60 mg/m3时,电压表指针恰好指到表盘红色区的右边缘,即1 V处,则他们调好的电阻箱的阻值是 Ω(结果保留3位有效数字)。若要使该装置在一氧化碳浓度更低时,指针就指到红色区,应将电阻箱的阻值适当 (选填“调大”或“调小”)。
减小
767
调小
(2)为了使报警效果更好,他们去掉电压表,改用绿灯泡指示灯、蜂鸣器报警相结合的方式。电路如图丙所示,绿色灯泡电阻为18 Ω,电压达到0.9 V灯泡才会发光,P为光控开关,有光照时开关断开,无光照时开关接通,光控开关P正对绿色灯泡。要实现当浓度小于60 mg/m3时绿色指示灯亮,当浓度达到60 mg/m3时,绿色指示灯灭、蜂鸣器报警,电阻箱的阻值应调到 Ω(结果保留3位有效数字)。
63.7
2.(10分)(2025·重庆渝北联考)如图所示,图甲为一个自动筛选鸡蛋大小的装置,可以筛选出两类大小不同的鸡蛋。当不同大小的鸡蛋传送到压力秤上时,压力秤作用在压力传感器电阻R1上,其电阻值随压力秤所受压力的变化图像如图乙所示。R2是可调节电阻,其两端电压经放大电路放大后可以控制电磁铁是否吸动衔铁并保持一段时间。当电压超过某一数值时电磁铁可以吸动衔铁使弹簧下压,鸡蛋就进入B通道。已知电源电动势E=6 V,内阻不计,R2调节为10 Ω。
(1)由图乙可知,压力传感器的电阻值R1随压力的增大而
(选填“增大”或“减小”)。
减小
【解析】 (1)由题图乙可知F越大,R1越小,即压力传感器的电阻值R1随压力的增大而减小。
(2)从B通道通过的是 (选填“大”或“小”)鸡蛋。
大
【解析】 (2)当鸡蛋质量较大时,压力秤作用于R1的压力F较大,则R1较小,通过R2的电流较大,故R2两端电压较大,经过放大电路放大后电压超过某一数值时电磁铁可以吸动衔铁使弹簧下压,鸡蛋就进入B通道,所以从B通道通过的是大鸡蛋。
(3)由两个图可知,当R2两端的电压超过3 V时,电磁铁可以吸动衔铁向下,则选择的大鸡蛋对压力秤的压力要大于 N。(保留到小数点后2位)
0.44(0.43～0.45均可)
(4)要想选择出更大的鸡蛋,需要把电阻R2的阻值调 (选填“大”或“小”)。
小
【解析】 (4)要选出更大的鸡蛋,即要使相同的鸡蛋送到压力秤时,R2两端的电压较原来的小,所以需要把R2的阻值调小。
3.(12分)(2024·广东佛山模拟)如图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤,其中实现称重的关键元件是拉力传感器,其工作原理是:挂钩上挂上重物,传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变,其长度和横截面积都发生变化,拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化,再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成将所称重物质量变换为电信号的过程。
(1)请说明拉力感应电阻丝的电阻随拉力增大而增大的原因是 。
电阻丝变长,横截面积减小
(2)某研究小组找到了一根拉力敏感电阻丝RL,其电阻随拉力变化的关系如图乙所示,再按图丙设计了一个简易的“吊秤”,电路中电源电动势E约为15 V,内阻约为2 Ω;灵敏电流表满偏电流为10 mA,内阻约为5 Ω;R为电阻箱,最大阻值为9 999 Ω;RL接在A、B两接线柱之间,通过光滑绝缘滑环将重物吊起,接通电路完成下列操作:
①滑环不吊重物时,调节电阻箱R,当电流为某一示数I时,读出电阻箱的读数为R1。
②滑环吊起待测重物时,测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ。
③调节电阻箱,使电流表示数仍然为I,读出电阻箱的读数为R2,则拉力敏感电阻丝电阻增加量为 。
R1-R2
【解析】 (2)③电路中电流不变,则电路中外电阻不变,所以有ΔRL=R1-R2。
(3)设RL-F的图像斜率为k,截距为b,则待测重物的重力G的表达式为G=
(用以上测得物理量表示)。
(4)研究小组中一位同学受电阻表原理启发,将灵敏电流表重新刻度标记重物的重力,则标记重力示数的刻度盘刻度 (选填“均匀”或“不均匀”);呈现出 特点。
