《2020届高考物理总复习第十一单元交变电流传感器实验12传感器的简单应用教师用书含解析新人教版20190531394》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考物理总复习第十一单元交变电流传感器实验12传感器的简单应用教师用书含解析新人教版20190531394（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验12传感器的简单应用实验目的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。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。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1.研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤a.按图示连接好实物,热敏电阻做绝缘处理。b.将多用电表置于“欧姆”挡,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。c.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
2、电表测量的热敏电阻的阻值。d.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a.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。次数待测量温度/电阻/b.在图示坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。c.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。2.研究光敏电阻的光敏特性(1)实验步骤a.将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图示的电路连接好,其中多用电表置于欧姆“100”挡。b.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。c.接通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡逐渐
3、变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。d.用手掌(或黑纸)遮住光,观察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。光照强度弱中强无光照射阻值/结论:光敏电阻被光照射时阻值发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。(2018武汉武钢三中测试)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999.9),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1000),滑动变阻器R2(最大阻值为2000)
4、,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的升高而减小,在60时阻值为650.0。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。甲(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: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;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。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
5、合,报警系统即可正常使用。解析(1)电路如图乙所示。(2)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,可知外电阻的取值范围是182010-3=900R181010-3=1800报警器报警时热敏电阻的阻值是650.0,所以滑动变阻器阻值的取值范围为2501150,所以滑动变阻器应该选R2。(3)用电阻箱代替报警器工作时的热敏电阻,阻值应为650.0,滑动变阻器刚开始应置于b端,若置于另一端,接通电源后,流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏;实验调试时,将开关置于c端,缓慢调节滑动变阻器,直至报警器开始报警。答案(1)连线如
6、图乙所示乙(2)R2(3)650.0b接通电源后,流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏c报警器开始报警见自学听讲P209一光敏电阻的原理及应用1.特点:光照越强,电阻越小。2.作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。例1(多选)图示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中A是发光仪器,B是传送带上的物品,R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是()。A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次解析光敏电阻自动计数器原理图如题图所示,当传
7、送带上没有物品挡住由A射出的光信号时,光敏电阻的阻值变小,由分压规律可知供给信号处理系统的电压变低;当传送带上有物品挡住由A射出的光信号时,光敏电阻的阻值变大,供给信号系统的电压变高并计数一次。这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化为相应的数字,实现自动计数的功能。答案BD变式1(多选)图甲中电流表、电压表均为理想交流电表,R是光敏电阻(其阻值随光照强度的增大而减小)。原线圈接入图乙所示的正弦交流电压u,理想变压器原、副线圈匝数比为101。下列说法正确的是()。A.电压u的频率为100HzB.电压表的示数为22VC.照射R的光变强时,灯泡变暗D.照射R的光变强时,电流表
8、的示数变大解析根据图乙,可知电压u的频率为50Hz,A项错误;根据电压与匝数成正比可知,原线圈的电压的最大值为2202V,所以副线圈的电压的最大值为222V,电压表的示数为电压的有效值,所以示数U=Um2=22V,B项正确;照射R的光变强时,其阻值减小,副线圈中的电流I2增大,灯泡变亮,C项错误;副线圈中的电流I2增大,原线圈中的电流I1也增大,即电流表的示数变大,D项正确。答案BD二热敏电阻的原理及应用1.热敏电阻:用电阻随温度变化非常明显的半导体材料(如氧化锰)制成。按热敏电阻阻值随温度变化的规律,热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻。正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻
9、增大;负温度系数的热敏电阻(如氧化锰热敏电阻)随温度升高电阻减小。2.金属热电阻:金属的电阻率随温度升高而增大,利用这一特性,金属丝也可以制作成温度传感器,称为热电阻。3.热敏电阻和金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大,但灵敏度较差。例2温度传感器广泛应用于家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。图甲为某装置中的传感器工作原理图,已知电源的电动势E=9.0V,内阻不计;为灵敏电流表,其内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其阻值随温度的变化关系如图乙所示,闭合开关S,当R的温度等于20时,电流表示数I1=2mA;当电流表的示数
10、I2=3.6mA时,热敏电阻的温度是()。A.60B.80C.100D.120解析由图乙知,温度为20时,R的阻值R1=4k。由欧姆定律知E=I1(R1+Rg),E=I2(R2+Rg),联立解得R2=2k,由图乙中查得此时温度为120,D项正确。答案D变式2图甲为某电阻R随摄氏温度t变化的关系,图中R0表示0时的电阻,k表示图线的斜率。若用该电阻与电池(E,r)、电流表(内阻为Rg)、变阻器R串联起来,连接成图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,于是就得到了一个简单的“电阻测温计”。(1)现要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值,则高温刻度应在表盘的(选填“
11、左”或“右”)侧。(2)在标识“电阻测温计”的温度刻度时,需要弄清所测温度和电流的对应关系。请用E、R0、k等物理量表示所测温度t与电流I的关系式:t=。(3)由(2)知,计算温度和电流的对应关系,需要测量电流表的内阻(量程为3mA,内阻约为200,设符号为“”)。已知实验室还有下列器材:A.电源E(电动势为12V,内阻r较小);B.电流表(量程为0.6A,内阻约为0.3);C.滑动变阻器R1(020);D.滑动变阻器R2(020k);E.电阻箱R3(099.99);F.电阻箱R4(0999.9);G.电压表(量程为3.0V,内阻约为3k);H.电压表(量程为15.0V,内阻约为5k);还有开
12、关(单掷、双掷等),导线若干。请在方框内设计一个合适的电路,用于测量电流表内阻Rg(电路中用你选择的器材符号表示)。解析(1)因为温度升高,R的阻值增大,电流表的示数变小,所以把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值时,高温刻度应在表盘的左侧。(2)根据闭合电路欧姆定律得I=Er+R+Rg+R0+kt,所以t=EkI-1k(r+R+Rg+R0)。(3)测电流表的内阻,可用伏安法,也可用半偏法。若用伏安法,电路图如图丙所示,其原理U1=I1(RA1+R4),则RA1=U1I1-R4。若用半偏法,电路图如图丁所示,其原理为当电流表的示数由满偏变为半偏时,RA1=R4。答案(1)左(2)EkI-1k(r
13、+R+Rg+R0)(3)见解析解答敏感电阻与电学实验的综合问题要把握以下三点:(1)明确各敏感电阻的特性。明确这些敏感电阻随所处环境的温度、光照、磁场、压力等的变化而变化的情况,能从各自的特性曲线上了解或求得所需要的信息。(2)明确所考查电学实验的原理及方法,这是解题的关键。(3)将敏感电阻的特性与电学实验的原理方法相结合,运用所学的电学规律(如欧姆定律等)或力学规律(如牛顿运动定律等)解题。变式3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连成如图甲虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻RL的阻值随
14、RT所处环境温度的变化近似为线性,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,测量电路如图甲所示,图中的电压表内阻很大。RL的测量结果如表所示。温度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值/54.351.548.344.741.437.934.7回答下列问题:(1)根据图甲所示的电路,在图乙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,在图丙上作出RL-t的关系图线。(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图丁所示。电流表的示数为,电压表的示数为。此时等效电阻RL的阻值为;热敏电阻所处环境的温度约为。解析本题综合考查电学实验的基本知识,涉及实验原理的设计、实验步骤的安排和实验数据的处理。(1)根据电路图连接实物;连接时开关要断开,滑动变阻器连入电路中的阻值最大。(2)根据数据描出点,作出直线。(3)读出电压U=5.0V,I=115.0mA。RL=UI=43.5,再由图象可以看出RL随温度均匀变化,当RL=43.5时,温度t=64.0。答案(1)连线如图戊所示(2)RL-t的关系图线如图己所示(3)115.0mA5.0V43.564.0(62.066.0)三力电传感器的实际应用
