（课标通用版）2020版高考物理总复习 第十一章 03 实验十二 传感器的简单使用课件

实验十二传感器的简单使用一实验目的二实验原理三实验器材基础过关四实验过程五注意事项考点一对热敏电阻的特性和应用的考查考点二对光敏电阻的特性和应用的考查考点三力电传感器的应用考点突破一、实验目的1.认识热敏电阻、光敏电阻等敏感元件的特性。2.了解传感器的简单应用。二、实验原理1.传感器的作用: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)。基础过关2.传感器的工作过程 三、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、滑动变阻器、开关、导线等。四、实验过程实验1研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤①将热敏电阻和多用电表按如图所示连接好,并将热敏电阻进行绝缘处理;②将多用电表置于“欧姆”挡,选择适当的倍率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、电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。次数待测量123456温度/℃电阻/Ω②在如图所示的坐标系中,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。实验2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、学生电源按如图所示的电路连接好,其中多用电表置于“×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接通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮,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)遮住光,测出光敏电阻的阻值,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。结论:光敏电阻被光照射时其阻值发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω五、注意事项1.在做热敏电阻实验时,加热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。2.在做光敏电阻实验时,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照强度。3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。考点一对热敏电阻的特性和应用的考查例1(2018课标Ⅰ,23,10分)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω;电源E(6V,内阻可忽略);电压表 (量程150mV);定值电阻R0(阻值20.0Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9Ω)单刀开关S1,单刀双掷开关S2。考点突破 图(a)实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0℃。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0℃。实验得到的R2-t数据见下表。t/℃25.030.040.050.060.070.080.0R2/Ω900.0680.0500.0390.0320.0270.0240.0回答下列问题:(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到(填“a”或“b”)端;(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;图(b)图(c)(3)由图(b)可得到RT在25℃~80℃范围内的温度特性。当t=44.0℃时,可得RT=Ω;(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为Ω,则手心温度为℃。答案(1)b(2)如图所示 (3)450(4)620.033.0解析本题考查替代法测电阻、绘图能力及电阻箱的读数等。(1)滑动变阻器是限流式接法,S1闭合前,滑片应置于使滑动变阻器连入电路的阻值最大的位置,即b端。(2)由题给数据描完点后,观察这些点的分布规律,应画一条平滑曲线,让尽可能多的点落在线上,不在线上的点要均匀分布在线的两侧。(3)由R2-t图线知,当t=44.0℃时,RT=450Ω。(4)电阻箱的读数为(6×100+2×10+0×1+0×0.1)Ω=620.0Ω,由R2-t图像知,当R2=620.0Ω时,t=33.0℃。变式1(2016课标Ⅰ,23,10分)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。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报警器开始报警解析(1)见答案。(2)由R= = Ω=1800Ω可知,滑动变阻器应选R2。(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60℃时的阻值,即650.0Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端,使开关接通后回路中电流最小,以保护报警器,即防止因过载而损坏报警器。②应将开关向c端闭合,然后对系统进行调节。cUI3181010考点二对光敏电阻的特性和应用的考查例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:照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754028232018(1)根据表中数据,请在图甲所示的坐标系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。 图甲图乙(2)如图乙所示,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1.0lx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)描绘图像时应注意:图线应用平滑曲线,而不能画成折线。光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图所示,由图可知电阻的阻值随光照度的增大而减小。 答案见解析(2)当照度降低至1.0lx时,由图线知,此时光敏电阻RP=20kΩ, =2V,则UR=E- =1V,由 = ,得R= =10kΩ,故选定值电阻R1,电路原理图如图所示。 PRUPRUPRRUUPRR2PR方法总结本题考查了实验数据的处理、图像的分析和光控照明电路的设计。通过图像可得出光敏电阻的阻值随光的照度的增大而减小的特点,在设计光控照明电路时,正好利用了光敏电阻的这个特点。利用串联电路的分压特点,来实现光敏电阻对光控开关的控制。变式2一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ,当供电电压等于24V时能正常工作,否则不产生臭氧。现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置,要求它在有光照时能产生臭氧,在黑暗时不产生臭氧,拟用一个光敏电阻R1对它进行控制,R1的阻值在有光照时为100Ω、黑暗时为1000Ω,允许通过的最大电流为3mA;电源E的电压为36V、内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0~100Ω、允许通过的最大电流为0.4A;一个开关S和若干导线。臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示。 设计一个满足上述要求的电路图,图中各元件要标上字母代号,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B。答案见解析解析因滑动变阻器最大阻值100Ω远小于臭氧发生器P的电阻10kΩ,为了能控制臭氧发生器,应该使用滑动变阻器的分压式连接,有光照时P能正常工作,无光照时P不工作,电路如图所示。 考点三力电传感器的应用例3某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。请完成对该物体质量的测量:(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使调节范围尽可能大,在虚线框中画出完整的测量电路图。(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m。答案见解析解析(1)根据“可测得与物体的质量成正比的输出电压U”可知,输出端应接电压表,又要求输入电压调节范围尽可能大,则输入端应选用滑动变阻器并采用分压式接法。设计电路如图所示:(2)测量步骤如下:①闭合开关S,调节滑动变阻器,使力电转换器空载时的输出电压为零;②将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压U0,则可求k= ;③将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U1;④U0=km0g、U1=kmg,可求得m= 。00Umg010mUU变式3(2019云南昆明期末)某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也要发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应,已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材:A.电源E(3V,内阻约为1Ω)B.电流表A1(0~0.6A,内阻r1=5Ω)C.电流表A2(0~0.6A,内阻r2约为1Ω)D.开关S,定值电阻R0=5Ω (1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值,请完成虚线框内电路图的设计。(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1,A2的读数为I2,得Rx=(用字母表示)。(3)改变力的大小,得到不同的Rx值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的Rx值。最后绘成的图像如图所示,除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外,还可以得到的结论是。当F竖直向下时,可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx=。答案(1)如图所示(2) (3)压力反向,阻值不变18- F(Ω)1121IrII209解析(1)利用伏安法测量电阻阻值,但所给器材缺少电压表,可以用内阻已知的电流表A1代替,另一个电流表A2测量干路电流。(2)电阻两端电压Ux=I1r1,流经的电流Ix=I2-I1,电阻Rx= 。(3)由题图可知,图像关于R轴对称,则可得结论是压力反向,阻值不变。当F竖直向下时,即F0时,图线为一次函数图线,可解得R=18- F(Ω)。1121IrII2091.热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力(选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更(选填“敏感”或“不敏感”)。 巩固训练答