高考物理必考实验精细精讲实验十一传感器的简单应用学案

实验十一传感器的简单应用目录课前预习·基础落实课堂互动·考点突破课前预习·基础落实【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。【实验原理】(1)传感器是将它感受到的信号(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。(2)其工作过程如图实Ⅺ－1所示：【实验器材】热敏电阻、光敏电阻、多用电表、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。【实验过程】一、研究热敏电阻的热敏特性1．实验步骤(1)按图实Ⅺ－2所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。(2)把多用电表置于“欧姆挡”，并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数。(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值。(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录。2．数据处理(1)根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性。(2)在图实Ⅺ－3所示坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。(3)根据实验数据和R－t图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大。二、研究光敏电阻的光敏特性1．实验步骤(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图实Ⅺ－4所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆“×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，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少？并记录。2．数据处理把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。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。【注意事项】1．在做热敏实验时，加开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．在光敏实验中，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射到光敏电阻上的光的多少。3．欧姆表每次换挡后都要重新调零。【实验改进】对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：如图实Ⅻ－5所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：1．往RT上擦一些酒精。2．用吹风机将热风吹向电阻RT。根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性。【实验分析】1．1中指针左偏，说明RT的阻值增大。酒精蒸发吸热，温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大。2．2中指针右偏，说明RT的阻值减小。电阻RT温度升高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。优点：改进后的实验简单易操作，能很快得出结论。课堂互动·考点突破考点一热敏电阻的原理及应用[例1]用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成图实Ⅺ－6虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围。为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图实Ⅺ－7所示，图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如下表所示。回答下列问题：(1)根据图实Ⅺ－6所示的电路，在图实Ⅺ－7所示的实物图上连线。(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在图实Ⅺ－8上作RL－t关系图线。(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图实Ⅺ－9甲、乙所示。电流表的读数为________，电压表的读数为______。此时等效电阻RL的阻值为______；热敏电阻所处环境的温度约为________。[答案](1)连线如图所示(2)RL－t关系图线如图所示(3)115mA5.0V43.5Ω64.0℃(62～66℃均正确)考点二光敏电阻传感器的应用[例2]为了节能和环保，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)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：(1)根据表中数据，请在给定的坐标系(图实Ⅺ－10)中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图实Ⅺ－11所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；直流电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)开关S及导线若干。[解析](1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示。光敏电阻的阻值随光照度变化特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。(2)根据串联电阻的分压关系，E＝3V，当照度降低至1.0(lx)时，其电压升至2V，由图线知，此时光敏电阻RP＝20kΩ，URP＝2V，串联电阻分压UR＝1V，由URPUR＝RPR＝2得：R＝RP2＝10kΩ，故选定值电阻R1，电路原理图如图所示。[答案]见解析考点三传感器在实验中的应用[例3]利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图实Ⅺ－12甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U－I关系图线。(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。[答案](1)A实验电路图如图所示(2)0.69(0.66～0.72均可)2.33(2.00～2.67均可)