高中物理传感器的简单使用实验检测题
1.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警。
提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过I c时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。
已知U约为18 V,I c约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为________Ω;滑动变阻器
的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至
________________________________________________________________________。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
解析:(1)电路图连接如图。
(2)报警器开始报警时,对整个回路有U=I c(R滑+R热),代入数据可得R滑=1 150.0 Ω,因此滑动变
阻器应选择R2。
(3)①在调节过程中,电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用,电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻
的阻值,即为650.0 Ω。
滑动变阻器在电路中为限流接法,滑片应置于b端附近,若置于另一端a
时,闭合开关,则电路中的电流I=18
650.0
A≈27.7 mA,超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏。
②开关应先向c端闭合,移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警为止。
答案:(1)连线见解析图(2)R2(3)①650.0 b接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏②c报警器开始报警
2.某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图甲所示,继电器与热敏电阻R t、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。
继电器的电阻约20 Ω,热敏电阻的阻值R t与温度t的关系如下表所示。
t/℃30.040.050.060.070.080.0
R t/Ω199.5145.4108.181.862.949.1
(1)12R1(0~200 Ω)、
滑动变阻器R2(0~500 Ω)、热敏电阻R t、继电器、电阻箱(0~999.9 Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30~80 ℃之间任一温度的控制,电源E应选用________(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。
某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图乙所
示的选择开关旋至________(选填“A”“B”“C”或“D”)。
(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查。
在图甲中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、
b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是________。
(填
写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关,将电阻箱从电路中移除
④合上开关,调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 Ω
解析:(1)若实现对30 ℃温度的控制,继电器和R t的电压U1=0.015×(20+199.5)V≈3.29 V,因此符合要求的电源应选E2。
若实现对80 ℃温度的控制,对全电路有:U=I(R继+R t+R),即6 V=0.015 A×(20 Ω+49.1 Ω+R),解得R=330.9 Ω。
因此滑动变阻器应选R2。
(2)用多用电表测量直流电压时,选择开关应旋至C(直流电压挡)。
(3)a、b间电压为0,指针不偏转。
接入a、c时,多用电表与电源等构成回路,指针偏转。
(4)连接电路时,先用电阻箱代替热敏电阻,调节滑动变阻器阻值,衔铁被吸合时,调节完毕,移除电
阻箱换为热敏电阻即可,正确的顺序为⑤④②③①。
答案:(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)⑤④②③①
3.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R F、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R F。
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0.4×102~0.8×102 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.压敏电阻,无压力时阻值R0=6 000 Ω
B.滑动变阻器R,全电阻阻值约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
(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________ 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)
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 。
(3)由欧姆定律,此时压敏电阻的阻值为R F =U I -R A ≈1.5×103 Ω,R 0R F
=4,由题图甲可知,对应的待测压力F =60 N 。
答案:(1)见解析图 (2)2.00 (3)1.5×103 60
4.实验室备有以下器材:电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R 1(阻值变化范围0~20 Ω)、滑动变阻器R 2(阻值变化范围0~1 000 Ω)、电动势适当的电源、小灯泡(4 V 2 W)、开关、导线若干。
(1)要完整地描绘小灯泡的U I 曲线,请在方框中画出实验电路图,并标出所用滑动变阻器的符号。
(2)实验中描绘出的小灯泡U I 曲线如图甲所示,由图可知,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电阻,实验电路如图乙所示,图中R 0是阻值为9.0 Ω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 图像,由图像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 0.26 0.33 0.40 0.46 0.52
(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路,如图丙所示,此时小灯泡消耗的电功率约为________ W(保留两位有效数字)。
解析:(1)描绘小灯泡的伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变压器要采用分压接法,由于灯泡的阻值较小,电流应用外接法,电路图如图1所示。
(2)由题图所示U I 图线可知,随电压和电流的增大,灯泡实际功率增大,灯丝温度升高,电压与电流的比值增大,由此可知,灯泡灯丝电阻随温度升高而增大。
(3)根据表中数据作出电源U I 图线如图2所示,由图示图线可知,电源内阻r =ΔU ΔI -R 0=60.6
Ω-9 Ω=1 Ω。
(4)由图2可知,小灯泡两端电压为2.2 V ,电流为0.38 A ,则小灯泡的电功率为P =UI =2.2×0.38 W ≈0.84 W 。
答案:(1)见解析图 (2)增大 (3)见解析图 (4)0.84。