（京津鲁琼版）2020版高考物理总复习 第十一章 实验十六 传感器的简单使用课件

第十一章交变电流传感器实验十六传感器的简单使用一、实验目的1．了解常见传感器元件的作用．2．探究热敏电阻、光敏电阻的特性．二、实验原理传感器将感受到的非电学量(力、热、光、声等)，转换成便于测量的电学量．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、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．四、实验过程1．研究热敏电阻的特性(1)按如图所示连接好实物．(2)将热水分几次注入烧杯中，测量每次水的温度和热敏电阻的阻值．(3)总结：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．2．研究光敏电阻的特性(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图连接，多用电表置于欧姆挡“×100”挡．(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值．(3)打开电源，让小灯泡发光，调节灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察光敏电阻的变化情况．(4)用黑纸遮光时，观察光敏电阻阻值的变化情况．(5)总结：光照增强光敏电阻阻值变小，光照减弱光敏电阻阻值变大．热敏电阻的特性与应用1．热敏电阻的特性：热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随温度降低而增大．2．热敏电阻的作用：将温度这个热学量转换为电阻这个电学量．【针对训练】1．(2016·高考北京卷)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．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”)．解析：由题图可知，热敏电阻在温度上升时，阻值下降，故其导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻在温度变化时，阻值变化明显，故对温度更敏感．答案：增强敏感2．(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________(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．解析：(1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案图所示．(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报警器开始报警光敏电阻的特性与应用1．光敏电阻的特性：光照增强光敏电阻阻值变小，光照减弱光敏电阻阻值变大．2．光敏电阻的作用：将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．【针对训练】1．一台臭氧发生器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和导线若干．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(电路图画在虚线框内)．解析：因变阻器最大阻值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．答案：见解析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表所示：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(kΩ)754028232018(1)根据表中数据，请在给定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．(2)如图所示，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)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．(2)控制开关自动启动照明系统，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，即此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示．答案：见解析传感器实验拓展除了热敏电阻和光敏电阻外，还有一些常用的传感器元件如下：1．压敏电阻：将压力转换为电学量(电阻)．2．气敏电阻：将气体浓度转换为电学量(电阻)．3．光电管：将所收到的光信号转换成电信号．4．电容器：将位移、角度、压力转换为电学量(电容)．5．霍尔元件：将磁感应强度转换为电学量(电压)．6．弹簧：将弹力、加速度转换为电学量(电流)．【针对训练】1．图(a)是不同类型桥面模型，汽车过桥时，利用传感器对压力变化进行测量和比较，测量结果如图(b)中所示：(1)图(a)中的传感器为________．A．力传感器B．位移传感器C．温度传感器(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面．对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的________(填“a”“b”或“c”)．(3)如增大小球在斜槽上的高度，则小球通过凹形桥丙时的压力与图(b)中图线a相比，最高点更______(填“高”或“低”)一些．解析：(1)图(a)中的传感器是测量压力大小的，故是力传感器，故选A；(2)甲图是凸形桥，根据牛顿第二定律有：mg－N1＝mv2r，则有：N1＝mg－mv2rmg，失重状态，故应是图(b)电脑屏幕上的c；(3)如增大小球在斜槽上的高度，则速度v变大，根据根据牛顿第二定律有：N2－mg＝mv2r，解得：N2＝mg＋mv2r，速度v变大，故N2增大，故最高点更高一些．答案：(1)A(2)c(3)高2．某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电传感器，该传感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，使传感器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比的输出电压U0，现有下列器材：力电传感器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、电键及导线若干、待测物体(可置于力电传感器的受压面上)．请完成对该物体质量的测量：(1)设计一个电路，要求力电传感器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图____________．(2)以下为简要的测量步骤，请将不完整处补充完整：A．调节滑动变阻器，使传感器的输出电压为零；B．将________放在传感器上，记下输出电压U0;C．将待测物放在传感器上，记下输出电压U1.(3)根据以上测量，可求出：比例系数k＝________，待测物体的质量m＝________．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．又根据“为了使输入电路的电压调节范围尽可能大”可知：必须用滑动变阻器在输入端组成分压电路．设计的电路如图所示．(2)测量步骤与结果：A．调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；B．将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0；C．将待测物放在转换器上，记下输出电压U1，(3)由以上测量可知，U0＝km0g，U1＝kmg得k＝U0m0g，所以m＝U1U0·m0答案：(1)见解析图(2)砝码m0(3)U0m0gU1U0m03．如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电．(1)房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上．(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器．当继电器工作时，cd相吸，ab便接通．请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路．解析：(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入插槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当干路上的开关；(2)将干簧管与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电源接成回路，即按8－7，4－5，6－9，1－3，2－10连接起来，构成正常的电门卡电路．如图．答案：(1)开关(2)见解析图