【全程复习】2014年高考物理一轮复习 第十章 实验五用多用电表探索黑箱内的电学元件 传感器的简单应

实验五用多用电表探索黑箱内的电学元件传感器的简单应用1.了解多用电表的构造、原理.掌握多用电表的使用方法2.学会用多用电表探测黑箱内的电学元件3.了解传感器的工作原理及简单应用1.多用电表：多用电表是用来测量：电流、电压、电阻等物理量的仪器（1）多用电表的外观认识.（2）测量原理.①测量电流和电压时等同于电流表和电压表.②测电阻：依据是闭合电路的欧姆定律.原理图如图：当Rx=0时，Ig=当Rx→∞时，Ig=0若Rx为一般值，则I=即：Rx与I相对应.（非线性）当I=Ig时.Rx为中值电阻，即电表内阻.gErRRgxErRRR122.黑箱内电学元件的电阻特点及判断（1）黑箱内常见的电学元件有:电阻、电源、电容器、二极管等.（2）测量判断.①电阻为零——两接线柱由无阻导线短接.②电压为零有下述可能性:a.任意两接线柱之间电压均为零——盒内无电源.b.有的接线柱之间电压为零,可能是以下情况:Ⅰ.两接线柱中至少有一个与电源断路;Ⅱ.两接线柱之间有电动势代数和为零的反串电池组;Ⅲ.两接线柱间短路.③电压最大——两接线柱间有电源.④正向和反向电阻值相差很大——两接线柱间有二极管.⑤有充放电现象（欧姆表指针先偏转,然后又回到“∞”刻度）——两接线柱之间有电容器.在分析和解答黑箱问题时,其外观表现往往相同,所以不仅答案多种多样,而且在无条件限制时,还可能有无数多解.3.传感器的原理传感器是能将所感受到的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件.其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号.例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号,热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号,转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了.多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线、小灯泡、二极管、铁架台（带铁夹）、温度计、烧杯、光敏电阻、热敏电阻、冰（热）水、光电计数器等.1.用多用电表测电阻（1）检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置，若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零.（2）将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔.（3）将选择开关置于直流电压2.5V挡，测1.5V干电池的电压.（4）将选择开关置于交流电压250V挡，测220V交流电源的电压.（一定要注意安全，手指不能接触红黑表笔前端的金属杆）【锦囊妙诀】多用电表测电阻：开关扳到欧姆挡，估计阻值选量程；正负表笔相接触，转动旋钮调好零；接入待测电阻后，金属测棒手莫碰；从右向左读示数，阻值还需倍率乘；每次换挡重调零，这条牢牢记心中；用完拔出两表笔，选择开关OFF停.（5）将选择开关置于直流电流10mA挡，测量1.5V干电池与200Ω电阻串联回路的电流.（6）将选择开关置于欧姆表的“×1”挡，短接红、黑表笔，调整调零旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置.（7）将两表笔分别接触几欧、几十欧的定值电阻两端，读出欧姆表指示的电阻数值，并与标准值比较，然后断开表笔.（8）将选择开关置于欧姆挡的“×100”挡，重新进行欧姆调零，然后测定几百欧、几千欧的电阻，并将测定值与标准值进行比较.2.研究二极管的单向导电性（1）将小灯泡、二极管、电键、直流电源用导线串联成回路，改变电源的极性的接法,观察二极管的开关特性.（2）用多用电表判断二极管的极性，将二极管接到两表笔之间，若指示的电阻值很小，对二极管加的是正向电压，黑笔接的是正极，红笔接的是负极；若指示的电阻值很大，说明对二极管加的是反向电压，黑笔接的是负极，红笔接的是正极.3.探测黑箱内电路，如图所示（1）将多用电表选择开关旋转到直流电压挡，并置于500V量程，用多用电表测量黑箱任意两个接线柱间的电压，若均无电压，则说明黑箱内不含电源.（2）用欧姆挡测量A、C间正、反接电阻，若两次所测阻值相等，则表明A、C间只含有电阻.（3）用欧姆挡测量A、B间正、反接电阻，若红表笔接A，黑表笔接B时所测阻值较小，而红表笔接B，黑表笔接A时所测阻值很大，表明A、B间有二极管，且A接线柱接二极管的负极，B接线柱接二极管的正极.（4）用欧姆挡测量B、C间电阻，若当红表笔接B，黑表笔接C时所测阻值很大，而当红、黑表笔反接时，所测阻值却很小，则B、C间有二极管，且B接二极管的正极.（5）据前面所测结果，画出黑箱内电路，可能是如图所示的两种形式.4.传感器的简单应用（1）研究热敏电阻的热敏特性.①将热敏电阻放入烧杯中的水中,测量水温和热敏电阻的阻值（如图甲所示）②准备好记录电阻与温度关系的表格.③改变水的温度,多次测量水的温度和热敏电阻的阻值,记录在表格中.把记录的数据画在R-T图中,得图线如图乙所示.（2）研究光敏电阻的光敏特性.连接电路如图所示.用欧姆表测量光敏电阻的阻值.改变入射到光敏电阻上的光强度,多次测量其电阻值并比较光的强度变化与电阻变化的关系,及时记录实验数据，分析光敏电阻特性.（3）传感器应用.将钩码放在纸带上，如图所示.拖动纸带向前运动，观察光电计数器上的数字变化.1.电池用旧后，电动势会减小，内电阻会变大，致使电阻测量值偏大，要及时更换新电池2.欧姆表的表盘刻度不均匀，估读时易带来误差，要注意其左密右疏特点3.由于欧姆表刻度的非线性，表头指针偏转过大或过小都会使误差增大，因此要选用适当挡位，使指针指中值附近4.测电流、电压时，由于电表内阻的影响，测得的电流、电压值均小于真实值5.读数时的观测易形成偶然误差，要垂直表盘正对指针读数6.传感器中的误差：一是温度计读数的偶然误差.二是读数的时机把握，过早则存在水温与热敏电阻温度有差异1.欧姆表刻度盘不同于电压、电流表刻度盘（1）刻度不均匀：左密右疏.（2）欧姆挡是倍率挡，即读出的示数再乘以挡上的倍率.电流、电压挡是量程范围挡.在不知道待测电阻的估计值时，应先从小倍率开始，熟记“小倍率小角度偏，大倍率大角度偏”（因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大，且测量前指针指在左侧“∞”处）.（3）欧姆表的读数.待测电阻的阻值应为表盘读数乘以倍率.为了减小读数误差，指针应指表盘到的部分，即中央刻度附近.2.多用电表使用的注意事项（1）使用前要机械调零.（2）两表笔在使用时，电流总是“红入”、“黑出”.（3）电压、电流挡为量程范围挡，电阻挡为倍率挡.（4）测电阻时.1323①待测电阻与电路、电源一定要断开.②两手一定不要同时接触两笔金属杆.③每换一挡必须重新欧姆调零.④读出示数要乘以倍率.（5）测电学黑箱时，一定要先用大量程电压挡判其内部有无电源，无电源方可用欧姆挡.（6）使用完毕，选择开关要置于OFF挡或交流电压最高挡，长期不用应取出电池.3.传感器问题（1）在做热敏实验时，加热水后要等一会再测其阻值，以使电阻温度与水温相同，并同时读出水温.（2）光敏实验中，如果效果不明显，可将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多少.（3）光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中应轻拿轻放，严格按操作要求进行.多用电表的欧姆挡不仅能测电阻值，在实际应用中还可判断某一元件是电阻、电容器还是电感器.若某一元件用欧姆表测量时，指针指在某一刻度不动则该元件为电阻.若某一元件用欧姆表测量时，指针先偏转，然后又缓慢回到“∞”刻度处，则可判断该元件为电容器.若某一元件用欧姆表测量时，指针先偏转到“0”刻度处再逐渐增大到某一数值，则可判断该元件为电感器.多用电表的使用方法【例证1】（2011·安徽高考）（1）某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值,先把选择开关旋到“×1k”挡位，测量时指针偏转如图（a）所示.请你简述接下来的测量过程：①_________;②_________;③_________;④测量结束后，将选择开关旋到“OFF”挡.（2）接下来采用“伏安法”较准确地测量该电阻的阻值，所用实验器材如图（b）所示.其中电压表内阻约为5kΩ，电流表内阻约为5Ω.图中部分电路已经连接好，请完成实验电路的连接.（3）图（c）是一个多量程多用电表的简化电路图，测量电流、电压和电阻各有两个量程.当转换开关S旋到位置3时，可用来测量_______;当S旋到位置________时，可用来测量电流，其中S旋到位置________时量程较大.【规范解答】（1）由指针偏转知所选挡位过大，电阻读数大约为2kΩ，所以需要换×100挡，换挡后要重新进行欧姆调零，最后读数.（2）该电阻的阻值约为2kΩ，和电压表、电流表内阻比较知为一个大电阻，所以电流表要用内接法，电路连接如图.（3）测量电阻需要内接电源，所以开关S旋到位置3时，用来测量电阻；测量电流时，表头要并联分流电阻，故当S旋到位置1、2时，用来测量电流，分流电阻越小量程越大，所以旋到位置1时量程较大.答案：（1）①断开待测电阻，将选择开关旋到“×100”挡；②将两表笔短接，调整“欧姆调零旋钮”，使指针指向“0”Ω；③再接入待测电阻，将指针示数×100,即为待测电阻阻值.（2）见规范解答图（3）电阻1、21多用电表欧姆挡的使用【例证2】（2011·北京高考）用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T.请根据下列步骤完成电阻测量:①旋动部件______，使指针对准电流的“0”刻线.②将K旋转到电阻挡“×100”的位置.③将插入“+”、“-”插孔的表笔短接，旋动部件______，使指针对准电阻的_______（填“0刻线”或“∞刻线”）.④将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按______的顺序进行操作，再完成读数测量.A.将K旋转到电阻挡“×1k”的位置B.将K旋转到电阻挡“×10”的位置C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接D.将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准【规范解答】用多用电表测量电阻时，在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上，若指针不在零刻度线上，用螺丝刀小心转动调零螺丝S,使指针对准电流的“0刻线”.然后转动选择开关K，选择量程，再将两表笔短接，调整调零电阻的旋钮T，使指针对准满偏刻度（即电阻的0刻线），接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接，测量被测电阻的阻值.若在测量过程中，发现指针偏转角度过小，表明被测的电阻阻值很大，这时要换用更高倍率的挡位，本题就要从“×100”挡位更换到“×1k”挡的位置.答案：①S③T0刻线④ADC多用电表探索黑箱中的电学元件和传感器的应用【例证3】（2012·南宁模拟）（1）用多用电表探测图甲所示黑箱发现：用直流电压挡测量，E、G两点间和F、G两点间均有电压，E、F两点间无电压；用欧姆挡测量，黑表笔（与电表内部电源的正极相连）接E点，红表笔（与电表内部电源的负极相连）接F点，阻值很小，但反接阻值很大.那么，该黑箱内元件的接法可能是图乙中的________.（2）青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能.用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制.光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0；照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大.利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开.电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接.当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通.励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.①利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图.光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干.②回答下列问题：a.如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为______V,保护电阻R2的阻值范围为_______Ω.b.在有些应用电磁开关的场合，为了安全