2020版高考物理总复习 11 第3讲 实验：传感器的简单应用课件 新人教版

必考部分第十一章交变电流传感器第3讲实验：传感器的简单应用基础·全面落实考点·深度研析真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、实验目的1．了解__________的工作过程，掌握__________元件的特性。2．学会传感器的简单使用。二、实验原理传感器是将它__________的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于__________的量(一般是电学量)，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自动控制、遥控等各种目的了。传感器敏感感受到测量三、实验器材热敏电阻，光敏电阻，烧杯，温度计，热水，多用电表，小灯泡，学生电源，开关与导线，滑动变阻器，铁架台，光电计数器。四、实验步骤1．研究热敏电阻的热敏特性(1)按图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理，多用电表的选择开关置于“×100”挡。(2)先用多用电表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。(5)根据记录数据，分析热敏电阻的特性。2．研究光敏电阻的光敏特性(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好，其中多用电表置于“×1k”挡。(2)先测出小灯泡不发光时光敏电阻的阻值，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)根据记录数据，分析光敏电阻的特性。3．将手掌或一个厚纸板插入光源和光电计数器之间，观察、分析光电计数器的工作原理。五、数据处理根据上面记录的数据，完成以下表格内容。六、注意事项1．热敏电阻、烧杯、温度计容易破损，实验中注意轻拿轻放。2．光电计数器、小灯泡的额定电压比较小(不超过6V)，实验中切忌超过其额定电压损坏器材。3．烧杯中加水时，要等热敏电阻温度稳定后再测量其阻值。(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。()2．金属热电阻的阻值随温度的升高而减小。()3．光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大。()×√×1．(传感器的原理)(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的有()A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量解析传感器是将感受到的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B、C两项正确。答案BC2．(热敏电阻)如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时()A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析温度降低时R2增加，干路电流减小，R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强，C项正确。答案C3．(光敏电阻)街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的()A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三种特性都利用解析街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断，B项正确。答案B考点·深度研析核心考点分层突破考点1热敏电阻的原理及应用考|点|速|通金属热电阻和热敏电阻金属的电阻率随温度的升高而增大，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而增强，故可以用半导体材料制成热敏电阻。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。典|例|微|探【例1】某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表(待改装)，学生电源(电动势为E，内阻不计)，滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt＝a＋kt，a0，k0)。设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。(1)按电路图连接好实验器材。(2)将滑动变阻器滑片P滑到________(填“a”或“b”)端，单刀双掷开关S掷于________(填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流表________，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝_______________(用题目中给定的符号表示)。(4)根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点：低温刻度在________(填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？________(填“是”或“否”)。ac满偏ER＋a＋kt右否解析(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片P滑到a端。为了设计表盘刻度，应使开关掷于c处，调节滑片，使电流表满偏。(3)把开关置于d端，根据闭合电路欧姆定律得I＝ER＋Rt，又Rt＝a＋kt，联立得出电流与温度的关系式为I＝ER＋a＋kt。(4)因为Rt＝a＋kt(且a0，k0)，所以温度越低，电阻越小，回路中I越大，所以低温度刻度在右侧，由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀。题|组|冲|关1．如图所示是在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图所示，当a、b端电压Uab＜0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab＞0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，则恒温箱内的温度大约恒定在__________℃，并简述其原理：________________________35原理见解析解析当Uab＝0时，设通过R1与R2的电流是I1，通过R3及Rt的电流是I2，则有I1R1＝I2R3、I1R2＝I2Rt，两式相比得Rt＝R2R1R3＝20kΩ，从图可得，Rt＝20kΩ时对应的温度约是35℃。其原理为当热敏电阻的温度(即恒温箱内的温度)高于35℃时，其电阻将小于20kΩ，则I2将增大，R3两端电压增大，b点电势将降低，使得Uab＞0，据题意，此时电压鉴别器使S断开，电热丝停止工作，温度就逐渐降低；当热敏电阻的温度低于35℃时，其电阻将大于20kΩ，则I2将减小，R3两端电压减小，b点电势将升高，使得Uab＜0，据题意，此时电压鉴别器使S闭合，电热丝工作，温度又逐渐升高。这样，就使得恒温箱内的温度大约恒定在35℃了。2．如图所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω。A、B端260解析恒温箱内的加热器应接在A、B端。当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高。随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。要使恒温箱内的温度保持在50℃，即50℃时线圈内的电流为20mA。由闭合电路欧姆定律I＝Er＋R＋R′，r为继电器的电阻。由题图甲可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω，所以R′＝EI－(r＋R)＝260Ω。考点2光敏电阻的原理及应用考|点|速|通光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。典|例|微|探【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，照度的单位为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，在如图甲的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。2.0(2)如图乙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“A、B”或“B、C”)之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件。A、B答案(2)如图所示(3)用多用电表的欧姆挡选“×10”的倍率，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示，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，0.1A)。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”或“R3”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。140R3减小解析(1)从图中读出对应于照度为1.0lx时的纵坐标可得对应电阻值。(2)天亮时光照强度增大，光敏电阻的阻值减小，电磁铁中电流增大，磁场增强，吸引衔铁向下与C接通，灯熄灭，故灯泡应接在A、B之间。实验连接图见答案。(3)多用电表读数为140Ω。路灯点亮时电磁铁中电流小于2mA，则电路中总阻值R＝EI3kΩ，此时光敏电阻的阻值小于2kΩ，则滑动变阻器接入电路中的阻值应不小于1kΩ，故应选用R3。由于电磁铁中电流在减小到2mA时才能放开衔铁，路灯才能发光，故路灯发光时控制电路中总电阻是一定的，要使天色更暗时才点亮路灯，则要求在控制电路中的电流达到2mA时光敏电阻的阻值更大，故滑动变阻器接入电路中的阻值应减小。题|组|冲|关1.(多选)如图所示为光敏电阻自动计数示意图，被计数的制品放在传送带上，光源安装在传送带一侧，光电计数装置(信息处理系统)安装在传送带的另一侧，其中R1是光敏电阻，R2是定值电阻，每当有制品通过时，光被挡住，计数器就自动把制品数目记录下来。关于此光电计数器的运用，下列说法正确的是()A．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压C．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次解析当有光照到R1时，R1电阻率降低，电阻变小，电路电流变大，定值电阻R2两端电压变大，所以R1分得的电压要变小，与之并联的信号处理系统电压也会变小；同理，当有制品通过时，照向R1的光被制品挡住，R1电阻率变大，其电阻随之变大，信号处理系统获得较高电压，A、C两项正确。答案AC2．光敏传感器是常见的传感器之一，主要应用于灯具的自动控制、电视机亮度自动调节、人工智能等。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