2018《世纪金榜》ppt幻灯片实验12-传感器的使用

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1、实验十二 传感器的简单使用,【实验目的】 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。 2.了解传感器在技术上的简单应用。,【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.工作过程如图:,【实验器材】 热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、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】 一、研究热敏电阻的热敏特性 1.实验步骤: (1)按图示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。,(2)将热水和冷水分n次注入烧杯中,记录每一次温度值 和两电表读数。 (3)利用R= 计算出每一次热敏电阻的阻值。,

2、2.数据处理: (1)根据记录数据,把测量到的温度值和电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。,(2)在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。,(3)根据R-t图线,得出结论(热敏电阻的阻值随温度的升高而减小)。,二、研究光敏电阻的光敏特性 1.实验步骤: (1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好,并将多用电表置于“100”挡。,(2)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。 (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)用手掌(或黑纸)遮光,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。,

3、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。,结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,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,加开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,并同时读出水温和电压、电流值。 2.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照射到光敏电阻上的光的强度。 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。,热点一 热敏电阻的原理及应用 【典例1】热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,现 用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线,要求 特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电

4、阻的阻 值为45。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯 中,杯内有一定量的冷水,其他备用的仪表和器具有:盛,有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3V、内阻可忽 略)、直流电流表(内阻约1)、直流电压表(内阻约 5k)、滑动变阻器(020)、开关、导线若干。 世纪金榜导学号42722247,(1)在图甲中画出实验电路图。 (2)根据电路图,在图乙所示的实物图上连线。 (3)简要写出完成接线后的主要实验步骤。,【解题指导】 (1)命题立意:该题利用伏安法来探究热敏电阻与温度的关系,考查了伏安法测电阻的方法和热敏电阻的特点。 (2)解题关键:电路设计时要注意两个细节: 电流表是内接还是外接; 滑动变阻

5、器是采用分压式还是限流式接法。,【解析】常温下待测热敏电阻的阻值(45)较小,应该选用电流表外接法。热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,热敏电阻两端的电压由零逐渐增大,滑动变阻器选用分压式。,(1)实验电路如图甲所示。,(2)根据电路图,连接实物图如图乙所示。,(3)完成接线后的主要实验步骤:往保温杯里加一些热水,待温度稳定时读出温度计值;调节滑动变阻器,快速测出几组电压表和电流表的值;重复步骤和,测量不同温度下的数据;绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线。 答案:见解析,【强化训练】 1. (多选)如图所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明 ( ),

6、A.热敏电阻在温度越高时,电阻越大 B.热敏电阻在温度越高时,电阻越小 C.半导体材料温度升高时,导电性能变差 D.半导体材料温度升高时,导电性能变好 【解析】选B、D。半导体材料做成的热敏电阻的导电性能与温度有关,温度越高时,导电性能越好,电阻越小,故A、C错,B、D对。,2.(2017德州模拟)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=9.0V,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=2mA;当电流表的示

7、数I2=3.6mA时,热敏电阻的温度_。,【解析】从图乙查得t=20时,R的阻值为4k 由E=I1(R+Rg)得: 当I2=3.6mA时,设热敏电阻的阻值为R,则 从图乙查得此时对应的温度t2=120 答案:120,【反思归纳】热敏电阻的特点和应用 (1)热敏电阻特点:正温度系数的热敏电阻,温度越高,电阻越大;负温度系数的热敏电阻,温度越高,电阻越小。 (2)热敏电阻的应用:应用热敏电阻时,一般是利用温度控制电阻,利用电阻控制电流、电压,所以可以根据电压或电流计算电阻,根据电阻分析温度。,热点二 光敏电阻传感器的应用 【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

8、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:,世纪金榜导学号42722248,(1)根据表中数据,请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。,(2)如图乙所示,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

9、图表) 直流电源E(电动势3V,内阻不计); 定值电阻:R1=10k,R2=20k,R3=40k(限选其中之一 并在图中标出);开关S及导线若干。,【思考探究】 (1)当照度降低至1.0lx时,光敏电阻的阻值如何确定?阻值为多少? 提示:由题干中表格数据可得阻值为20k。 (2)如何使光敏电阻两端的电压达到2V? 提示:依据串联电路的分压原理,串联一个合适的分压电阻。,【解析】(1)根据表中的数据,在坐标纸上描点连线,得到如图所示的变化曲线。,阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。,(2)因天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,此时光敏电阻阻值为20k,两端电压

10、为2V,电源电动势为3V,故应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10k,即选用R1;此电路的原理图如图所示。,答案:(1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线见解析 光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小 (2)电路原理图见解析图,【强化训练】 1.如图所示,将多用电表的选择开关置于 欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏 电阻RT的两端相连,这时表针恰好指在刻 度盘的中央。若用不透光的黑纸将RT包裹起来,表针将向_(选填“左”或“右”)转动;若用手电筒光照射RT,表针将向_(选填“左”或“右”)转动。,【解析】光敏电阻受光照越强,电阻越小,所以用不透光的黑纸将RT包起来,电阻增大,指针左偏,若用手电

11、筒光照射RT,电阻减小,表针将向右偏。 答案:左 右,2.(2017临沂模拟)一台臭氧发生器P的电阻为10k, 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100, 黑暗时为1000,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,0100,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

12、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】为了能控制臭氧发生器,应该用滑动变阻器的分压式接法,有光照时P能正常工作,无光照时P不工作。电路图如图所示。,答案:见解析图,【反思归纳】作图及图象的分析 (1)描绘图象时,若规律不明确,应描绘平滑的曲线;若确定为线性关系的图象,应描绘直线,让直线过尽量多的点,不在直线上的点均匀分布直线两侧。 (2)利用图象时,可利用图象上某点的坐标分析问题,也可应用线性图象的斜率、截距分析问题。,热点三 传感器在实验中的应用 【典例3】根据图中所提供的器材,请正确将ABCD四个接线柱的接线接好,使其成为一个以热敏电阻为传感器的简易报警

13、器(当温度过高时,电铃会响铃报警)。 世纪金榜导学号42722249,【思考探究】 (1)温度过高时,热敏电阻阻值如何变化? 提示:温度越高,热敏电阻的阻值越小。 (2)干簧管有什么特性? 提示:磁场增强时,干簧管控制开关闭合。,答案:见解析,【解析】热敏电阻应连入控制电路,所以A与C相连;干簧管继电器开关应连入报警电路,所以B与D相连。如图所示:,【强化训练】 1.(2017运城模拟)某种角速度计,其 结构如图所示。当整个装置绕轴OO转 动时,元件A相对于转轴发生位移并通过 滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大) 接收相应的电压信号。已知A的质量为m,弹簧的劲度系 数为k、自然长

14、度为l,电源的电动势为E、内阻不计。,滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,装置静止时滑片 P在变阻器的最左端B端,当系统以角速度转动时,则 ( ) A.电路中电流随角速度的增大而增大 B.电路中电流随角速度的增大而减小 C.弹簧的伸长量为x= D.输出电压U与的函数式为U=,【解析】选D。系统在水平面内以角速度转动时,无 论角速度增大还是减小,BC的总电阻不变,根据闭合电 路欧姆定律得知,电路中电流保持不变,故A、B错误;设 系统在水平面内以角速度转动时,弹簧伸长的长度为 x,则对元件A,根据牛顿第二定律得kx=m2(l+x),又输 出电压U= ,联立两式得x= 故C错误,D正确。,2. (2017长治模拟)车床在工作 时是不允许将手随便接近飞转的 工件的,为了防止万一,设计了下面 的光电自动控制安全电路,只要人手不小心靠近了工件,机器就自动停转,请简述其工作原理。图中的A为车床上的电动机;B为随电动机高速转动的工件;C为光源,它发出的光照在光敏电阻D上;E为电磁铁;F为衔铁;G为电源;H为弹簧。,【解析】当手在C、D间靠近工件时,遮挡住射向光敏电阻的光,光敏电阻的阻值迅速变大,电路中的电流减小,使电磁铁磁性减弱从而放开衔接,造成电动机断路,使工件停转以保证安全。 答案:见解析,