《2019版高考物理一轮复习实验十一传感器的简单使用课件》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019版高考物理一轮复习实验十一传感器的简单使用课件(31页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、实验十一:传感器的简单使用,1.实验目的,(1)知道什么是传感器,知道光敏电阻和热敏电阻的作用.(2)能够通过实验探究“光敏电阻和热敏电阻的特性”.(3)了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方,案.,2.实验原理,非电学,测量的量,(1)传感器:传感器是将所感受到的诸如力、热、光、声、化学成分等_量转换成便于_(一般是电压、电流等电学量)的一类元件.(2)传感器的一般应用模式:由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理.(如图 S11-1 所示),图 S11-1,工作过程:敏感元件将感受到的物理量按一定规
2、律转换成,便于测量的量,如下所示.,(3)传感器的分类:力电传感器、热电传感器、光电传感器、声电传感器、电容式传感器、磁电传感器、超声波传感器、气敏传感器等.,(4)常见传感器元件,力学,电学,力电传感器:把_(位移、速度、加速度等)信号转化为_(电压、电流等)信号.光敏电阻:无光照时,载流子(可以自由移动的带有电荷的物质微粒,如电子和离子)极少,阻值较大;随着光照的增强,载流子增多,阻值减小.能够把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量.,热敏电阻:利用半导体材料制成,其电阻阻值随温度的升高而减小,能把_这个热学量转换为_这个电,学量.,温度,电阻,温度传感器,电阻,金属热电阻:有些金属的电
3、阻率随温度的升高而增大,这样的电阻也可以制成_,称为热电阻,能把温度这个热学量转换为_这个电学量.,3.实验器材铁架台、热敏电阻、光敏电阻、多用电表、烧杯、温度计、冷水、热水、强光源、学生电源、小灯泡、滑动变阻器、导线、开关等.4.实验过程,(1)研究热敏电阻的热敏特性.,减小,增大,热敏电阻的阻值随温度的升高而_,随温度的降低而_.,(2)研究光敏电阻的光敏特性.,减小,光敏电阻在光照加强的条件下,其阻值逐渐_.,5.注意事项,(1)在研究电阻的热敏特性时,热敏电阻、烧杯、温度计易,破损,忌用温度计当搅拌器.,(2)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
4、出水温.,(3)在做光敏电阻实验中,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.,(4)欧姆表每次换挡后都要重新调零.,(5)当传感元件需要接入电路中时,要注意它的电学参数.,【基础自测】1.观察电阻值随温度变化情况的示意图如图 S11-2 所示.现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正,确的是(,),A.若 R 为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显B.若 R 为金属热电阻,读数变小,且变化不明显C.若 R 为热敏电阻(半导体材料制成),读数变化非常明显D.若 R 为热敏电阻(半导体材料制成),,图 S11-2,读数变化不明显
5、答案:C,2.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 S11-3 甲所示),则 25 的刻度应在 20 的刻度的_(填“左”或“右”)侧.,甲,乙,图 S11-3(3)为了将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
6、增加元器件)设计一个电路.解析:(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时,电阻增大, 故电路中电流会减小.(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25 的刻度应对 应较大电流,故在 20 的刻度的右侧.(3)电路如图 D49 所示.,答案:(1)小,(2)右,(3)如图 D49 所示.图 D49,3.如图 S11-4 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 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 E9.0 V,内阻不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电
7、源.,甲,乙,图 S11-4,(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_.,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 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,当线圈的电流小于 20
8、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,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 20 mA.,由闭合电路欧姆定律 I,E rRR,,r 为继电器的电阻.由题图,R)260 .,答案:(1)A、B端,(2)260,考点 1,温度传感器的应用,【典题 1】(2017 年江苏卷)某同学通过实验制作了一个简易的温控装置,实验原理电路图如图 S11-5 所示,继电器与热敏电阻 Rt、滑动变阻器 R 串联接在电源 E 两端,当继电器的电流超过 15 mA 时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.继电器的电阻约为 20 ,热
9、敏电阻的阻值 Rt 与温度 t 的关系如下表所示:,(1)提供的实验器材有:电源 E1(3 V,内阻不计)、电源 E2(6 V,内阻不计)、滑动变阻器 R1(0200 )、滑动变阻器 R2(0500 )、热敏电阻 Rt,继电器、电阻箱(0999.9 )、开关 S、导线若干.,为使该装置实现对 3080 之间任一温度的控制,电源 E应选用_(填“E1”或“E2”),滑动变阻器 R 应选用_(填“R1”或“R2”).,图 S11-5,(2)实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图 S11-6 所示的选择开关旋至_(填“A”“B”“C”或“D”).,(3)合
10、上开关 S,用调节好的多用电表进行排查,在图 S11-5中,若只有 b、c 间断路,则应发现表笔接入 a、b 时指针_(填“偏转”或“不偏转”),接入 a、c 时指针_(填“偏转”或“不偏转”).,图 S11-6,(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为 50 时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是_.(填写各步骤前的序号),将热敏电阻接入电路;,观察到继电器的衔铁被吸合;,断开开关,将电阻箱从电路中移除;合上开关,调节滑动变阻器的阻值;,断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至 108.1 .,解析:(1)由表格数据知,当温度为 30 时,热敏电阻阻值为 199.5 ,继电器的阻值 R020 ,
11、当电流为 15 mA 时,EI(RtR0)3.3 V,所以电源选 E2,80 时,热敏电阻阻值 Rt49.1 ,则 E2I(RtR0R),此时变阻器阻值 R330.9 ,所以变阻器选择 R2;(2)多用电表作为电压表测量电压,旋钮旋至直流电压挡 C 处;(3)若只有 b、c 间断路,表笔接入 a、b 时,整个回路断路,电表指针不偏转,接入 a、c 时电流流经电表,故指针偏转;(4)50 时,热敏电阻阻值为 108.1 ,所以应将电阻箱阻值调至 108.1 ,调节变阻器,使衔铁吸合,再将电阻箱换成热敏电阻,故顺序为.,答案:(1)E2,R2 (2)C (3)不偏转 偏转 (4),考点 2,光电传
12、感器的应用,【典题 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下表所示:,(1)根据表中数据,请在给定的坐标系(图 S11-7)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 S11-7,(2)如图 S11-8 所示,当 1、2 两端所加的电压上升至 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
13、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),图 S11-8,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:R110 k,R220 k,R340 k(限选其中之一并在图中标出);开关 S 及导线若干.审题突破:光敏电阻的特点是当光照增强时载流子增多,导电能力增强,电阻变小;当光照减弱时载流子减少,导电能力减弱,电阻变大.要求在天色渐暗,照度降低至 1.0 lx 时启动照明系统,此时光敏电阻较大,让光敏电阻与控制开关并联即可.,答案:(1)如图 S11-9 所示.特点:光敏电阻的阻值随光照强度的增大而非线性减
14、小.(2)如图 S11-10 所示.,图 S11-9,图 S11-10,方法技巧:这类题目设问虽很新颖独特,但所依据的物理原理、实验方法、实验器材却是课本上的基本实验中用过的,试题设问一般不难;只要平时学习或复习时对课本中的基本实验(原理)能够深刻理解,对涉及的基本实验器材能够熟练运用,注意将物理习题中的结论向物理实验迁移,分析问题时能灵活变通,不墨守成规,解决此类问题定可驾轻就熟.,考点 3,力电传感器的实际应用,【典题 3】某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为 k),如图 S11-11 所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空
15、载时的输出电压为 0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压 U.图 S11-11,请完成对该物体质量的测量:,(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使调节范围尽可能大,在虚线框中画出完整的测量电路图.,(2)简要说明测量步骤,求出比例系数 k,并测出待测物体,的质量 m.,审题突破:力电转换器虽然是一个全新的仪器,但它与其他所有的测量仪器一样,要有一个“调零”的过程.仔细审题,题目中有很多重要的暗示,挖掘这些信息即是我们解决问题的关键.“测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为 0;而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压 U ”“该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为 k) ”,所以输出电压 Ukmg.题目要求“力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大”,这就暗示我们滑动变阻器必须使用分压式,有了设计电路才可以进行测量步骤.,答案:(1)如图 D50 所示.图 D50 (2)测量步骤如下: 调节滑动变阻器,使转换器空载时的输出电压为零. 将质量为 m0 的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电,压 U0,则可求 k,U0 m0g,.,将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压 U1.,