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1、课标版 物理,第3讲实验：传感器的简单使用,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)。 2.传感器的工作过程,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、小电珠、学生电源、光电计数器、滑动变阻器、开关、导线、光源等。 实验步骤 实验1研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻与多用电表接成电路,如图所示。,(2)把多用电表置于“欧姆”挡,并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
2、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。 实验2研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光敏电阻、多用电表、小电珠、滑动变阻器、开关、学生电源按如图所示电路连接好,其中多用电表置于“100”挡。,(2)先测出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,让小电珠发光,调节小电珠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)测出用手掌(或黑纸)遮光时电阻的阻值,并记录。 数据处理 实验1研究热敏电阻的热敏特性,(1)根据记录数据,把测量到的温度、电
3、阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。,(2)在如图所示坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图像。,(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)把记录的结果填入表中:,(2)根据记录的数据分析光敏电阻的特性,得出结论: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。 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
4、的光照强度。 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。,考点一热敏电阻的原理及应用 典例1如图所示,一热敏电阻RT放在控温容器M内;为毫安表,量程6 mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9 ;S为开关。已知RT在95 时的阻值为150 ,在20 时的阻值约为550 。现要求在降温过程中测量在9520 之间的多个温度下RT的阻值。 (1)在图中画出连线,完成实验原理电路图。,(2)完成下列实验步骤中的填空: a.依照实验原理电路图连线。 b.调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 。 c.把电阻箱调到适当的阻值,以保证仪器安全。 d.闭合
5、开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录。,e.将RT的温度降为T1(20 T195 );调节电阻箱,使得电流表的读数,记录。 f.温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1=。 g.逐步降低T1的数值,直至20 为止;在每一温度下重复步骤e、 f。 答案(1)实验原理电路图如图所示,(2)d.电阻箱的读数R0e.仍为I0电阻箱的读数R1 f.R0-R1+150 解析(1)由于毫安表量程为6 mA,电源电动势约为3 V,为保证仪器安全, 电阻箱应与热敏电阻串联。 (2)本实验原理是当电路的电流相等时,外电路的总电阻相等,所以温度为 95 和T1时对应的电路的总电阻相等,有150 +R0=RT1+
6、R1,即RT1=R0-R1+ 150 。,1-1温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的。如图甲所示,电源的电动势E= 9.0 V,内电阻不计;G为灵敏电流计,内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其电阻值与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=2 mA;当电流表的示数I2=3.6 mA时,热敏电阻的温度是 。,答案120 解析从图乙查得t=20 时,R的阻值为4 k 由E=I1(R+Rg),得:Rg=-R= k-4 k=0.5 k 当I2=3.6 mA时,设热敏电阻的阻值为R,则 R=-Rg= k-0.5
7、 k=2 k 从图乙查得此时对应的温度t2=120 。,1-2一些材料的电阻随温度的升高而变化。如图甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像,若用该电阻与电池(电动势E=1.5 V,内阻不计)、电流表(量程为5 mA,内阻不计)、电阻箱R串联起来,连接成如图乙所示的电路,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,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。,(1)电流刻度较大处对应的温度刻度;(选填“较大”或“较小”) (2)若电阻箱阻值R=150 ,当电流为5 mA时对应的温度数值为。 答案(1)较小(2)50 解析(1)由题图甲可知,温度升高,电阻阻值增大,则电路中电流
8、减小,因,此电流刻度较大处对应的温度刻度较小。 (2)电流为5 mA时,电路总电阻为R总= =300 ,又电阻箱阻值R=150 ,则R=150 ,由题图甲得对应的温度为50 。,1-3利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。 (1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变(填“大”或“小”)。 (2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 (如图甲所示),则25 刻度
9、应在20 刻度的(填“左”或“右”)侧。,(3)将该热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。 答案(1)小 (2)右 (3)见解析图 解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时,电阻增大,故电路中电流,会变小。 (2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25 刻度应对应较大电流,故在20 刻度的右侧。 (3)电路如图所示。,考点二光敏电阻的原理及应用 典例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
10、光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表:,(1)根据表中数据,请在如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2 V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1.0 lx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3 V,内阻不计); 定值电阻:R1=10 k,R2=20 k,R3=40 k(限选其中之一并在图中标出); 开关S及导线若
11、干。 答案见解析 解析(1)描绘图像应注意: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甲所示,由图可知电阻的阻值随光照度的增大而减小。,(2)当照度降低至1.0 lx时,由图线知,此时光敏电阻RP=20 k,=2 V,则UR= E-=1 V,由=,得R=10 k,故选定值电阻R1,电路原理图如图所 示。,2-1(多选)如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当入射光强度增大时(),A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大 答案ABC当入射光强度增大时,R3阻值减小,外电路总电阻随R3的减 小而减小,干
12、路电流增大,R1两端电压因干路电流增大而增大,电压表的示数增大,同时内电压增大,故电路路端电压减小,A项正确,D项错误;由路端电压减小,R1两端电压增大知,R2两端电压必减小,则R2中电流减小,故B项正确;结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大,则小灯泡的功率增大,故C项正确。,2-2(多选)利用光敏电阻制作的光传感器,记录传送带上工件的输送情况,如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,每当工件挡住A发出的光时,光传感器输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示,若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.2 m,则下述说法正
13、确的是() A.传送带运动的速度是 0.1 m/s B.传送带运动的速度是0.2 m/s,C.该传送带每小时输送3 600个工件 D.该传送带每小时输送7 200个工件 答案BC从乙图可以知道:每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电 信号,而在这一段时间内传送带运动了两个相邻工件之间的距离,所以传送带运动的速度是v= m/s=0.2 m/s,故A错误、B正确;传送带每小时传送的 距离为:s=vt=0.23 600 m=720 m, 输送工件个数为:n=3 600(个),C正 确、D错误。,典例3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
14、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虚线框中所示,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),显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1107 Pa,且已知压力传感器R的电阻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4.8 V,取g=10 m/s2。请回答:,考点三传感器在日常生活中的应用,(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻线应标在电流表刻度盘A处。 (2)如果某人站在该秤的踏板上,电流表刻度盘的示数为 20 mA,这个人的质量是kg。 答案(1)1.610
15、-2(2)50 解析(1)由表知,踏板空载时,压力传感器的电阻R=300 ,此时电流表中 电流I= A=1.610-2 A。 (2)当电流I=20 mA=2010-3 A时,压力传感器的电阻R= =240 ,对应表格中F=500 N,所以这个人的质量为50 kg。,3-1如图所示,图甲为热敏电阻的R-t图像,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100 。当线圈的电流大于或等于20 mA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=9.0 V,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
16、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。 答案(1)A、B端(2)260 解析(1)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,当线圈中的电流大于或等于20 mA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,当线圈中的电流小于20 mA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。(2)要使恒温箱内的温度保持在50 ,即50 时线圈内的电流为20 mA。由闭合电路欧姆定律有I=,r为继电器的电阻,由题图甲可知,50 时热敏 电阻的阻值为90 ,所以R=-(r+R)=260 。,
