高考物理新課標(biāo)一輪復(fù)習(xí)第十一章交變電流第3講實驗_傳感器的簡單使用

1、課標(biāo)版課標(biāo)版 物理物理第3講實驗：傳感器的簡單使用 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1.認(rèn)識熱敏電阻、光敏電阻等敏感元件的特性。2.了解傳感器的簡單應(yīng)用。 實驗原理實驗原理 1.傳感器的作用傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)。2.傳感器的工作過程教材研讀教材研讀 實驗器材實驗器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小電珠、學(xué)生電源、光電計數(shù)器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、光源等。 實驗步驟實驗步驟 實驗1研究熱敏電阻的熱敏特性(1)將熱敏電阻與多用電表接成電路,如圖所示。(2)把多用電表置于“歐姆”擋,并選擇適當(dāng)?shù)谋堵蕼y出燒杯中沒有熱水時熱敏電

2、阻的阻值,并記下溫度計的示數(shù)。(3)向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值。(4)將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄。實驗2研究光敏電阻的光敏特性(1)將光敏電阻、多用電表、小電珠、滑動變阻器、開關(guān)、學(xué)生電源按如圖所示電路連接好,其中多用電表置于“100”擋。(2)先測出室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)據(jù)。(3)打開電源,讓小電珠發(fā)光,調(diào)節(jié)小電珠的亮度使之逐漸變亮,觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄。(4)測出用手掌(或黑紙)遮光時電阻的阻值,并記錄。 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 實驗1研究熱敏電阻的熱敏特性

3、(1)根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測量到的溫度、電阻值填入表中,分析熱敏電阻的特性。次數(shù)待測量溫度/電阻/(2)在如圖所示坐標(biāo)系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t圖線,得出結(jié)論:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大。實驗2研究光敏電阻的光敏特性(1)把記錄的結(jié)果填入表中:光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射阻值/(2)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性,得出結(jié)論:光敏電阻被光照射時其阻值發(fā)生變化,光照增強(qiáng)電阻變小,光照減弱電阻變大。注意事項1.在做熱敏電阻實驗時,加熱水后要等一會兒再測其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫。2.在做光敏電阻實驗時,如果效果不

4、明顯,可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中,并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光照強(qiáng)度。3.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零?？键c(diǎn)一熱敏電阻的原理及應(yīng)用考點(diǎn)一熱敏電阻的原理及應(yīng)用典例典例1 1如圖所示,一熱敏電阻RT放在控溫容器M內(nèi);為毫安表,量程6 mA,內(nèi)阻為數(shù)十歐姆;E為直流電源,電動勢約為3 V,內(nèi)阻很小;R為電阻箱,最大阻值為999.9 ;S為開關(guān)。已知RT在95 時的阻值為150 ,在20 時的阻值約為550 ?，F(xiàn)要求在降溫過程中測量在9520 之間的多個溫度下RT的阻值。(1)在圖中畫出連線,完成實驗原理電路圖。考點(diǎn)突破考點(diǎn)突破(2)完成下列實驗步驟中的填空:a.依照實驗原理電路圖連線。

5、b.調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度,使得RT的溫度為95 。c.把電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)淖柚?以保證儀器安全。d.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱,記錄電流表的示數(shù)I0,并記錄 。e.將RT的溫度降為T1(20 T195 );調(diào)節(jié)電阻箱,使得電流表的讀數(shù) ,記錄 。f.溫度為T1時熱敏電阻的電阻值RT1= 。g.逐步降低T1的數(shù)值,直至20 為止;在每一溫度下重復(fù)步驟e、 f。答案 (1)實驗原理電路圖如圖所示(2)d.電阻箱的讀數(shù)R0e.仍為I0電阻箱的讀數(shù)R1f.R0-R1+150解析(1)由于毫安表量程為6mA,電源電動勢約為3V,為保證儀器安全,電阻箱應(yīng)與熱敏電阻串聯(lián)。(2)本實驗原理是當(dāng)電路的電流相等時,外電

6、路的總電阻相等,所以溫度為95和T1時對應(yīng)的電路的總電阻相等,有150+R0=RT1+R1,即RT1=R0-R1+150。1-1溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中,它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性工作的。如圖甲所示,電源的電動勢E=9.0V,內(nèi)電阻不計;G為靈敏電流計,內(nèi)阻Rg保持不變;R為熱敏電阻,其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于20時,電流表示數(shù)I1=2mA;當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6mA時,熱敏電阻的溫度是。答案120解析從圖乙查得t=20時,R的阻值為4k由E=I1(R+Rg)得:Rg=-R=k-4k=0.5k當(dāng)I2=3.6mA時,設(shè)熱

7、敏電阻的阻值為R,則R=-Rg=k-0.5k=2k從圖乙查得此時對應(yīng)的溫度t2=120。1EI922EI93.61-2一些材料的電阻隨溫度的升高而變化。如圖甲是由某金屬材料制成的電阻R隨攝氏溫度t變化的圖像,若用該電阻與電池(電動勢E=1.5V,內(nèi)阻不計)、電流表(量程為5mA,內(nèi)阻不計)、電阻箱R串聯(lián)起來,連接成如圖乙所示的電路,用該電阻做測溫探頭,把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個簡單的“金屬電阻溫度計”。(1)電流刻度較大處對應(yīng)的溫度刻度;(選填“較大”或“較小”)(2)若電阻箱阻值R=150,當(dāng)電流為5mA時對應(yīng)的溫度數(shù)值為。答案(1)較小(2)50解析(1)由題圖甲可

8、知,溫度升高,電阻阻值增大,則電路中電流減小,因此電流刻度較大處對應(yīng)的溫度刻度較小。(2)電流為5mA時,電路總電阻為R總=300,又電阻箱阻值R=150,則R=150,由題圖甲得對應(yīng)的溫度為50。31.55 101-3利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器,一般體積很小,可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化,反應(yīng)快,而且精確度高。(1)如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路,其他因素不變,只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低,電路中電流將變(填“大”或“小”)。(2)上述電路中,我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度,就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度。如果刻度盤正中的溫度為2

9、0(如圖甲所示),則25刻度應(yīng)在20刻度的(填“左”或“右”)側(cè)。(3)將該熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化,請用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計一個電路。答案(1)小(2)右(3)見解析圖解析(1)因為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時,電阻增大,故電路中電流會變小。(2)由(1)的分析知,溫度越高,電流越大,25刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流,故在20刻度的右側(cè)。(3)電路如圖所示?？键c(diǎn)二光敏電阻的原理及應(yīng)用考點(diǎn)二光敏電阻的原理及應(yīng)用典例典例2為了節(jié)能和環(huán)保,一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱,光越

10、強(qiáng)照度越大,照度單位為lx)。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),請在如圖甲所示的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線,并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。圖甲圖乙(2)如圖乙所示,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時,控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路,給1、2兩端提供電壓,要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0lx時啟動照明系統(tǒng),在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響)提供的器材如下:光敏電阻RP(符號,阻值見上表);直流電源E(電動勢3V,內(nèi)阻不計);定值電阻:

11、R1=10k,R2=20k,R3=40k(限選其中之一并在圖中標(biāo)出);開關(guān)S及導(dǎo)線若干。答案見解析解析(1)描繪圖像應(yīng)注意:圖線應(yīng)用平滑曲線,而不能畫成折線。光敏電阻的阻值隨照度變化的曲線如圖甲所示,由圖可知電阻的阻值隨光照度的增大而減小。(2)當(dāng)照度降低至1.0lx時,由圖線知,此時光敏電阻RP=20k,=2V,則UR=E-=1V,由=,得R=10k,故選定值電阻R1,電路原理圖如圖所示。PRUPRUPRRUUPRR2PR2-1(多選)如圖所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏電阻,當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時()A.電壓表的示數(shù)增大B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓

12、增大答案ABC當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時,R3阻值減小,外電路總電阻隨R3的減小而減小,干路電流增大,R1兩端電壓因干路電流增大而增大,電壓表的示數(shù)增大,同時內(nèi)電壓增大,故電路路端電壓減小,A項正確,D項錯誤;由路端電壓減小,R1兩端電壓增大知,R2兩端電壓必減小,則R2中電流減小,故B項正確;結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大,則小燈泡的功率增大,故C項正確。2-2 (多選)利用光敏電阻制作的光傳感器,記錄傳送帶上工件的輸送情況,如圖甲所示為某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器,光傳感器B能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光,每當(dāng)工件擋住A發(fā)出的光時,光傳感器輸出一個電信號,并在屏幕上顯示出電信號與時間的關(guān)

13、系,如圖乙所示,若傳送帶始終勻速運(yùn)動,每兩個工件間的距離為0.2m,則下述說法正確的是()A.傳送帶運(yùn)動的速度是0.1m/sB.傳送帶運(yùn)動的速度是0.2m/sC.該傳送帶每小時輸送3600個工件D.該傳送帶每小時輸送7200個工件答案BC從乙圖可以知道:每間隔1秒的時間光傳感器就輸出一個電信號,而在這一段時間內(nèi)傳送帶運(yùn)動了兩個相鄰工件之間的距離,所以傳送帶運(yùn)動的速度是v=m/s=0.2m/s,故A錯誤、B正確;傳送帶每小時傳送的距離為:s=vt=0.23600m=720m,輸送工件個數(shù)為:n=3600(個),C正確、D錯誤。0.21sL典例典例3傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化

14、轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件,在自動控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。有一種測量人的體重的電子秤,其測量部分的原理圖如圖虛線框中所示,它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻),顯示體重大小的儀表A(實質(zhì)是理想的電流表)組成。壓力傳感器表面能承受的最大壓強(qiáng)為1107Pa,且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如表所示。設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計,接通電源后,壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8V,取g=10m/s2。請回答:考點(diǎn)三傳感器在日常生活中的應(yīng)用考點(diǎn)三傳感器在日常生活中的應(yīng)用(1)該秤零起點(diǎn)(即踏板空載時)的刻線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤A處。(2)如果某人站在該秤的踏板上,電流

15、表刻度盤的示數(shù)為20mA,這個人的質(zhì)量是kg。答案(1)1.610-2(2)50解析(1)由表知,踏板空載時,壓力傳感器的電阻R=300,此時電流表中電流I=A=1.610-2A。(2)當(dāng)電流I=20mA=2010-3A時,壓力傳感器的電阻R=240,對應(yīng)表格中F=500N,所以這個人的質(zhì)量為50kg。UR4.8300UI34.820 10壓力F/N0250500750100012501500電阻R/3002702402101801501203-1如圖所示,圖甲為熱敏電阻的R-t圖像,圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路,繼電器的電阻為100。當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時,繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E=9.0V,內(nèi)阻不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在(填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50,可變電阻R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為。答案(1)A、B端(2)260解析(1)恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。當(dāng)線圈中的電流較小時,繼電器的銜鐵在上方,恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài),恒溫箱內(nèi)溫度升高;隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高,熱敏電阻R的