高考物理复习第十三章实验专题第2讲电学实验实验12传感器的简单使用课件

第2讲电学实验实验十二传感器的简单使用一、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．了解传感器在技术上的简单应用．二、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．工作过程如图三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．四、实验过程(一)研究热敏电阻的热敏特性1．实验步骤(1)按图示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理．(2)将热水和冷水分n次注入烧杯中，记录每一次温度值和两电表读数．(3)利用R＝UI计算出每一次热敏电阻的阻值．2．数据处理(1)根据记录数据，把测量到的温度值和电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性.次数待测量温度/℃电阻/Ω(2)在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．(3)根据R－t图线，得出结论(热敏电阻的阻值随温度的升高而减小)．(二)研究光敏电阻的光敏特性1．实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，并将多用电表置于“×100”挡；(2)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；(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；(4)用手掌(或黑纸)遮光，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．2．数据处理：把记录的结果填入表中，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实验结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大．五、注意事项1．在做热敏电阻实验时，加开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，并同时读出水温和电阻值．2．光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度．3．欧姆表每次换挡后都要重新调零.考向一热敏电阻的原理及应用【典例1】(2016·课标Ⅰ)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Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9Ω)，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1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，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18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA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650.0Ω.(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________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________________________________________.②将开关向________(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．【思路点拨】从提供的单刀双掷开关可以看出，当开关与c接通时，应形成一个完整的电路，以便对系统进行调节．当调节完成后，只要将开关与d接通，就可以用于报警．由报警电流推算回路中的总电阻值，便可大致确定滑动变阻器的最小阻值，从而确定选用哪一个变阻器．【解析】本题主要考查电路设计、电路连接、仪器选择以及欧姆定律的运用，意在考查考生运用实验知识解决问题的能力．(1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答图所示．(2)根据题述，流过报警器的工作电流超过10mA时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R＝UIc＝1810×10－3Ω＝1800Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2000Ω的滑动变阻器R2.(3)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，这一阻值为热敏电阻在60℃时的阻值650.0Ω；滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处，即b端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a端，则导致闭合开关后，报警器中电流大于20mA，报警器可能损坏．②将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警．【答案】(1)连线如图所示(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警【针对训练】1．(2016·长春模拟)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2mA；当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻的温度是()A．60℃B．80℃C．100℃D．120℃解析：D由题中图乙知，温度为20℃时，R的阻值R1＝4kΩ.由欧姆定律知E＝I1(R1＋Rg)，E＝I2(R2＋Rg)，两式联立，解得R2＝2kΩ，由图乙中查得此时温度为120℃，D正确．考向二光敏电阻的应用【典例2】为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制．光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在如图坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线．由图象可求出照度为1.0lx时的电阻约为______kΩ.照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ5.83.72.82.31.8(2)如图所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件．(3)用多用电表“×10Ω”挡，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图所示，则线圈的电阻为____Ω.已知当线圈中的电流大于或等于2mA时，继电器的衔铁将被吸合．图中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～10Ω，2A)、R2(0～200Ω，1A)、R3(0～1750Ω，1A)．要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择__________(填R1、R2、R3)．为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地______(填“增大”或“减小”)滑动电阻器的电阻．【解析】(1)由描点绘测的图象可以找出照度为1.0lx时光敏电阻的阻值为2.0kΩ；(2)电源与开关、滑动变阻器、光敏电阻和电磁铁串联起来．当受光照作用较强时，光敏电阻阻值较小，通过电磁铁的电流较大，对衔铁磁力增大，与触点C接通，此时应使路灯不亮，故路灯应接在AB之间；(3)多用电表读数为14，乘以倍率“×10”，故线圈电阻为140Ω.由闭合电路欧姆定律可知，电路总电阻达到3kΩ时，电路接通，故滑动变阻器电阻应与光敏电阻同一数量级，故滑动变阻器选择R3.天色更暗，光敏电阻阻值增大，为使路灯此时点亮，则滑动变阻器电阻应减小．【答案】(1)2.0(误差允许范围内均对)(2)AB如图(3)140R3减小【针对训练】2．(2017·湖北荆州质量检测)如图甲为利用光敏电阻检测传送带上物品分布，从而了解生产线运行是否正常的仪器．其中A是发光仪器，B是一端留有小孔用绝缘材料封装的光敏电阻．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值R1＝50Ω，当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值R2＝150Ω.定值电阻R2＝45Ω.C为平行板电容器，虚线与两极板距离相等，极板长L1＝8.0×10－2m，两极板的间距d＝1.0×10－2m．D为屏，与极板垂直，D到极板的距离L2＝0.16m，屏上贴有用特殊材料做成的记录纸，当电子打在记录纸上时会留下黑点，工作时屏沿图示方向匀速运动．有一细电子束沿图中虚线以速度v0＝8.0×106m/s连续不断地射入电容C，虚线与屏交点为O.图乙为一段记录纸．已知电子电荷量e＝1.6×10－19C，电子质量m＝9×10－31kg.忽略细电子束的宽度、电容器的充电放电时间及电子所受的重力．求：电源的电动势E和内阻r.解析：当没有物品挡光时，设电容器两端电压为U1，此时电子在屏上的偏转Y1＝0.02m.电子在平行板间运动时，加速度a＝eU1md，L1＝v0t1侧移量y1＝12at21解得y1＝eU1L212mdv20电子射出平行板后做匀速直线运动，vy＝at1，tanθ＝vyv0＝eU1L1mdv20所以Y1＝y1＋L2tanθ解得U1＝4.5V同理可得，当有物品挡光时，电容器两端电压U2＝2.25V在闭合电路中，U1＝ER1＋R3＋rR3U2＝ER2＋R3＋rR3解得E＝10V，r＝5Ω.答案：10V5Ω考向三实验拓展与创新【典例3】材料的电阻随磁场的增强而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．如图甲所示为某磁敏电阻在室温下的电阻－磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB.请按要求完成下列实验．(1)设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，并在图乙的虚线框内画出实验电路原理图(磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.0T，不考虑磁场对电路其他部分的影响)．要求误差较小．提供的器材如下：A．磁敏电阻，无磁场时阻值R0＝150ΩB．滑动变阻器R，全电阻约20ΩC．电流表，量程2.5mA，内阻约30ΩD．电压表，量程3V，内阻约3kΩE．直流电源E，电动势3V，内阻不计F．开关S，导线若干(2)正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表：123456U(V)0.000.450.911.501.792.71I(mA)0.000.300.601.001.201.80根据上表可求出磁敏电阻的测量值RB＝________Ω.结合图甲可知待测磁场的磁感应强度B＝________T.(3)试结合图甲简要回答，磁感应强度B在0～0.2T和0.4～1.0T范围内磁敏电阻阻值的变化规律有何不同？______________________________________________(4)某同学在查阅相关资料时看到了图丙所示的磁敏电阻在一定温度下的电阻－磁感应强度特性曲线(关于纵轴对称)，由图线可以得到什么结论？_______________________________________________.【解析】(1)当B＝0.6T时，磁敏电阻阻值约为6×150Ω＝900Ω；当B＝1.0T时，磁敏电阻阻值约为11×150Ω＝1650Ω.由于滑动变阻器全电阻约为20Ω，比磁敏电阻的阻值小得多，故滑动变阻器选择分压式接法；由于RxRA≫RVRx，所以电流表应内接．电路图如图丁所示．(2)解法一：根据表中数据可以求得磁敏电阻的阻值分别为R1＝0.450.30×10－3Ω＝1500ΩR2＝0.910.60×10－3Ω＝1517ΩR3＝1.501.00×10－3Ω＝1500ΩR4＝1.791.20×10－3Ω＝1492ΩR5＝2.711.80×10－3Ω＝1506Ω故电阻的测量值为RB＝R1＋R2＋R3＋R4＋R55＝1503Ω由于RBR0＝1503150≈10，从题图甲中可以读出B＝0.9T.解法二：由表中的数据作出U－I图象，