人教12.3 实验十三：传感器的简单应用（练）--2023年高考物理一轮复习讲练测（全国通用）（解析版）.docx

专题12.3 实验十三：传感器的简单应用
1．如图甲所示为一利用光敏电阻测量储液罐中液面高度装置的示意图。当罐中装满液体时，液面与出液口高度差为h，罐外有一竖直放置的管，管内一侧有沿竖直线排列的多个光敏电阻，另一侧有一列光强稳定的光源。液面上一浮块与一块遮光板通过定滑轮相连，遮光板可随浮块的升降在管内上下运动，光敏电阻的总长度和遮光板的总长度都为h。当储液罐内装满液体时，遮光板的上沿与最下面的光敏电阻的下边缘等高，管内的光均匀地照射在光敏电阻上，光敏电阻和仪表相连。现要求设计一电路以利用上述装置测量液面的高度。
为将问题简化，假设管内只有3个光敏电阻R1、R2、R3，分别位于管的上端、下端和中央；它们的暗电阻均为R＝10kΩ，被管内光源照亮时电阻均为R′＝1.0kΩ。给定的仪器还有：直流电源E（电动势为9V，电阻不计），3个定值电阻，阻值分别为R4＝2.5kΩ，R5＝1.8kΩ，R6＝1.5kΩ；电压表V（量程为0~3V，内阻可视为无穷大），开关一个，导线若干。
要求：当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程。
（1）如图乙所示为某次电压表的示数为________V。
（2）选择合适的定值电阻，在如图丙所示虚线框内画出电路图，并用题中给定的符号标明图中各元件________。
（3）液面与出液口等高时电压表的示数为________V。（结果保留两位有效数字）
（4）若管内的光强变暗，使得光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2kΩ，则定值电阻的阻值应变为________kΩ，便可达到题目要求。（结果保留两位有效数字）
【答案】     1.40          0.43     1.8
【解析】（1）[1]电压表量程为0~3V，每小格表示0.1V，指针示数为1.40V。
（2）[2]当罐内装满液体时，3个光敏电阻均受到光照射，电阻均为1.0kΩ，可把三个光敏电阻串联后再与定值电阻Rx串联，接在直流电源两端，把电压表接在定值电阻两端，则有
故
Rx＝1.5kΩ
电压表应与电阻R6并联构成电路，当罐内装满液体时，电压表恰好为满量程。电路图如图所示
（3）[3]当液面与出液口等高时，光源完全被遮光板遮住，此时三个光敏电阻的阻值均为10kΩ，则电压表的示数为
（4）[4]若光敏电阻被照亮时的阻值变为1.2kΩ，为使电压表满量程，则定值电阻的阻值变为R′x，R′x满足
解得
R′x＝1.8kΩ
2．小明设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机（实质是电动机）、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电压U=6 V，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
（1）由图乙的图象可知，随着压力F的增大，压敏电阻R1的阻值将___________。
（2）用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。( )
（3）随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将___________，当电磁继电器线圈中的电流大小为30 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为___________Ω。
【答案】     减小          增强     120
【解析】（1）[1]由图乙中的图象可知，压敏电阻R1的阻值随压力的增大而减小；
（2）[2]将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将R1、滑动变阻器R2、电磁铁串联接入控制电路；补充电路如图所示；
（3）[3]随着控制电路电流的增大，电磁铁的磁性将增加。
[4]R1与R2串联
I1=I2=Imax=30mA=0.03A
由图乙可知：F=800N时，R1=80Ω，由得
U1=I1R1=0.03A×80 Ω=2.4V
U2=U−U1=6V−2.4V=3.6V
即滑动变阻器R2的最大阻值至少为120 Ω。
3．传感器在现代生活、生产和科技中有着相当广泛的应用，如图甲是一个压力传感器设计电路，要求从表盘上直接读出压力大小，其中是保护电阻，是调零电阻（总电阻200Ω），理想电流表量程为10mA，电源电动势
（内阻不计），压敏电阻的阻值R与所受压力大小F的对应关系如图乙所示。
（1）有三个规格的保护电阻，应选的是________（填选项前的序号）。
A．200Ω       B．400Ω       C．800Ω
（2）选取、安装保护电阻后，要对压力传感器进行调零，调零电阻