2020届高三物理一轮复习 第十一章 实验十二 传感器的简单使用课件

核心考点•互动探究目录ONTENTSC章末检测卷实验十二传感器的简单使用第十一章交变电流传感器一、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．了解传感器的简单应用．二、实验原理与要求[研究热敏电阻的特性]1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水．3．实验步骤(1)按实验原理图甲连接好电路，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．4．数据处理在如图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．5．实验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．6．注意事项实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．[研究光敏电阻的光敏特性]1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源．3．实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按实验原理图乙所示电路连接好，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)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，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性．5．实验结论(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．6．注意事项(1)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来达到实验目的；(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零．考点一热敏电阻的原理及应用1．[热敏电阻特性的探究](2018·高考全国卷Ⅰ)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.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R2­t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________(选填“a”或“b”)端；(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出R2­t曲线．(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__________℃.解析：(1)由图(a)的电路知滑动变阻器采用限流接法，在闭合S1前，R1应该调节到接入电路部分的电阻值最大，使电路中电流最小，即图(a)中的R1的滑片应移到b端．(2)将t＝60℃和t＝70℃对应的两组数据对应画在坐标图上，然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2­t图象．(3)根据题述实验过程可知，测量的R2数据等于对应的热敏电阻RT的电阻值．由画出的R2­t图象可知，当t＝44.0℃时，对应的RT＝450Ω.(4)由图(c)可得RT＝620.0Ω，由画出的R2­t图象可知，手心温度t＝33.0℃.答案：(1)b(2)如图所示(3)450(4)620.033.02．[热敏电阻特性的应用](2016·高考全国卷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________(选填“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________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_______________________________________________________．②将开关向________(选填“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．解析：(1)电路图连接如图．(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1150.0Ω，因此滑动变阻器应选择R2.(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝18650.0A≈27.7mA，超过报警器最大电流20mA，报警器可能损坏．②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止．答案：(1)图见解析(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报警器开始报警考点二光敏电阻的特性及应用3．[光敏电阻的特性]如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻RT的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将RT包裹起来，表针将向________(选填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射RT，表针将向________(选填“左”或“右”)转动．解析：光敏电阻受光照越强，电阻越小，所以用不透光的黑纸将RT包起来，电阻增大，表针左偏，若用手电筒光照射RT，电阻减小，表针将向右偏．答案：左右4．[光敏电阻特性的应用]为节约能源采用光电池为路灯提供电能，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(如天黑)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，天黑时打开．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，在方框中画出电路原理图．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，电阻很小；开关S，导线若干．(2)回答下列问题：①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.②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．解析：(1)要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，电路图如图所示．(2)①由U＝IR得励磁线圈允许加的最大电压Um＝ImR＝0.1×200V＝20V；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算，R2min＝E－UmIm＝160.1Ω＝160Ω，R2max＝E－RIminImin＝260.05Ω＝520Ω，因此保护电阻R2的阻值范围为160～520Ω.答案：(1)图见解析(2)①20160～520②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开考点三其他传感器的应用实验原理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.其工作过程如图所示．方法突破1.传感器问题的分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集．(2)信息加工、放大、传输．(3)利用所获得的信息执行某种操作．2.分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析：要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．(2)输出信号分析：明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．(3)电路结构分析：认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)执行机构工作分析：传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程.5．[压力传感器]传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表(实质是理想电流表)组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器的电阻R与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，g取10m/s2.请作答：压力F/N0250500750100012501500…电阻R/Ω300270240210180150120…(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘________A处．(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的质量是___kg.解析：(1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻R＝300Ω，此时电流表中电流I＝UR＝4.8300A＝1.6×10－2A.(2)当电流I′＝20mA＝2×10－2A时，压力传感器的电阻R′＝UI′＝4.82×10－2Ω＝240Ω，由表格可知，这个人受到的重力为500N，此人质量为50kg.答案：(1)1.6×10－2(2)506．[电压、电流传感器](2019·河南郑州模拟)实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围0～20Ω)、滑动变阻器R2(阻值变化范围0～1000Ω)、电动势适当的电源、小灯泡(4V,2W)、开关、导线若干．(1)要完整地描绘小灯泡的U­I曲线