《高三物理一轮复习 实验十二 传感器的简单使用课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理一轮复习 实验十二 传感器的简单使用课件（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验十二传感器的简单使用【实验目的【实验目的】1.1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2.2.了解传感器在技术上的简单应用。了解传感器在技术上的简单应用。【实验原理【实验原理】1.1.传感器能够将感受到的物理量传感器能够将感受到的物理量( (力、热、光、声等力、热、光、声等) )转换成便于测量的量转换成便于测量的量( (一般是电学量一般是电学量) )。2.2.工作过程如图工作过程如图: :【实验器材【实验器材】热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、铁架台、烧热敏电阻、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
2、器、滑动杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。变阻器、开关、导线等。【实验过程【实验过程】一、研究热敏电阻的热敏特性一、研究热敏电阻的热敏特性1.1.实验步骤实验步骤: :(1)(1)按图示连接好电路按图示连接好电路, ,将热敏电阻绝缘处理。将热敏电阻绝缘处理。(2)(2)将热水和冷水分将热水和冷水分n n次注入烧杯中次注入烧杯中, ,记录每一次温度值记录每一次温度值和两电表读数。和两电表读数。(3)(3)利用利用R= R= 计算出每一次热敏电阻的阻值。计算出每一次热敏电阻的阻值。2 2. .数据处理数据处理: :(1)(1)根据记录数据根据记录数据, ,把测量到
3、的温度值和电阻值填入表把测量到的温度值和电阻值填入表中中, ,分析热敏电阻的特性。分析热敏电阻的特性。次数次数待测量待测量温度温度/电阻电阻/(2)(2)在坐标系中在坐标系中, ,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。的图线。(3)(3)根据根据R-tR-t图线图线, ,得出结论得出结论( (热敏电阻的阻值随温度的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小升高而减小) )。二、研究光敏电阻的光敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性1.1.实验步骤实验步骤: :(1)(1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好图
4、所示电路连接好, ,并将多用电表置于并将多用电表置于“100100”挡。挡。(2)(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值, ,并并记录数据。记录数据。(3)(3)打开电源打开电源, ,让小灯泡发光让小灯泡发光, ,调节小灯泡的亮度使之逐调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮渐变亮, ,观察表盘指针显示电阻阻值的情况观察表盘指针显示电阻阻值的情况, ,并记录。并记录。(4)(4)用手掌用手掌( (或黑纸或黑纸) )遮光遮光, ,观察表盘指针显示电阻阻值观察表盘指针显示电阻阻值的情况的情况, ,并记录。并记录。2.2.数据处理数据处理: :把把记录的结果填入表
5、中记录的结果填入表中, ,根据记录数据分根据记录数据分析光敏电阻的特性。析光敏电阻的特性。光照强度光照强度弱弱中中强强无光照射无光照射阻值阻值/结论结论: :光敏电阻的阻值被光照射时发生变化光敏电阻的阻值被光照射时发生变化, ,光照增强光照增强电阻变小电阻变小, ,光照减弱电阻变大。光照减弱电阻变大。【注意事项【注意事项】1.1.在做热敏电阻实验时在做热敏电阻实验时, ,加开水后要等一会儿再测其阻加开水后要等一会儿再测其阻值值, ,以使电阻温度与水的温度相同以使电阻温度与水的温度相同, ,并同时读出水温和并同时读出水温和电压、电流值。电压、电流值。2.2.光敏电阻实验中光敏电阻实验中, ,如果
6、效果不明显如果效果不明显, ,可将电阻部分电可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中路放入带盖的纸盒中, ,并通过盖上小孔改变照射到光敏并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。电阻上的光的强度。3.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。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热点一热敏电阻的原理及应用【典例【典例1 1】热敏电阻是传感电路中常用的电子元件热敏电阻是传感电路中常用的电子元件, ,现现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线, ,要求要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻
7、值为值为4 455。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中中, ,杯内有一定量的冷水杯内有一定量的冷水, ,其他备用的仪表和器具有其他备用的仪表和器具有: :盛盛有热水的热水瓶有热水的热水瓶( (图中未画出图中未画出) )、电源、电源(3V(3V、内阻可忽、内阻可忽略略) )、直流电流表、直流电流表( (内阻约内阻约1)1)、直流电压表、直流电压表( (内阻约内阻约5k)5k)、滑动变阻器、滑动变阻器(0(020)20)、开关、导线若干。、开关、导线若干。世纪金榜导学号世纪金榜导学号4272224742722247(1)(1)在图甲中画出实验电路图。在图甲中画
8、出实验电路图。(2)(2)根据电路图根据电路图, ,在图乙所示的实物图上连线。在图乙所示的实物图上连线。(3)(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤。简要写出完成接线后的主要实验步骤。【解题指导【解题指导】(1)(1)命题立意命题立意: :该题利用伏安法来探究热敏电阻与温度该题利用伏安法来探究热敏电阻与温度的关系的关系, ,考查了伏安法测电阻的方法和热敏电阻的特点。考查了伏安法测电阻的方法和热敏电阻的特点。(2)(2)解题关键解题关键: :电路设计时要注意两个细节电路设计时要注意两个细节: :电流表是内接还是外接电流表是内接还是外接; ;滑动变阻器是采用分压式还是限流式接法。滑动变阻器是采用分
9、压式还是限流式接法。【解析【解析】常温下待测热敏电阻的阻值常温下待测热敏电阻的阻值(4(45)5)较小较小, ,应应该选用电流表外接法。热敏电阻的阻值随温度的升高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而减小, ,热敏电阻两端的电压由零逐渐增大热敏电阻两端的电压由零逐渐增大, ,滑动变阻滑动变阻器选用分压式。器选用分压式。(1)(1)实验电路如图甲所示。实验电路如图甲所示。(2)(2)根据电路图根据电路图, ,连接实物图如图乙所示。连接实物图如图乙所示。(3)(3)完成接线后的主要实验步骤完成接线后的主要实验步骤:往保温杯里加一些往保温杯里加一些热水热水, ,待温度稳定时读出温度计
10、值待温度稳定时读出温度计值;调节滑动变阻器调节滑动变阻器, ,快速测出几组电压表和电流表的值快速测出几组电压表和电流表的值;重复步骤重复步骤和和,测量不同温度下的数据测量不同温度下的数据;绘出各测量温度下的热绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线。敏电阻的伏安特性曲线。答案答案: :见解析见解析【强化训练【强化训练】1. (1. (多选多选) )如图所示的电路中如图所示的电路中, ,当半导体材料做成的热当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时敏电阻浸泡到热水中时, ,电流表示数增大电流表示数增大, ,则说明则说明( () )A.A.热敏电阻在温度越高时热敏电阻在温度越高时, ,电阻越大电阻越
11、大B.B.热敏电阻在温度越高时热敏电阻在温度越高时, ,电阻越小电阻越小C.C.半导体材料温度升高时半导体材料温度升高时, ,导电性能变差导电性能变差D.D.半导体材料温度升高时半导体材料温度升高时, ,导电性能变好导电性能变好【解析【解析】选选B B、D D。半导体材料做成的热敏电阻的导电。半导体材料做成的热敏电阻的导电性能与温度有关性能与温度有关, ,温度越高时温度越高时, ,导电性能越好导电性能越好, ,电阻越小电阻越小, ,故故A A、C C错错,B,B、D D对。对。2.(20172.(2017德州模拟德州模拟) )温度传感器广泛应用于室内空调、温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等
12、家用电器中电冰箱等家用电器中, ,它是利用热敏电阻的阻值随温度它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的。如图甲所示变化的特性工作的。如图甲所示, ,电源的电动势电源的电动势E=9.0V,E=9.0V,内电阻不计内电阻不计;G;G为灵敏电流计为灵敏电流计, ,内阻内阻R Rg g保持不变保持不变;R;R为热敏电阻为热敏电阻, ,其电阻值与温度的变化关系如图乙所示。其电阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关闭合开关S,S,当当R R的温度等于的温度等于2020时时, ,电流表示数电流表示数I I1 1=2mA;=2mA;当电流表的示数当电流表的示数I I2 2=3.6mA=3.6mA时时,
13、,热敏电阻的温度热敏电阻的温度_。【解析【解析】从图乙查得从图乙查得t=20t=20时时,R,R的阻值为的阻值为4k4k由由E=IE=I1 1(R+R(R+Rg g) )得得: : 当当I I2 2=3.6mA=3.6mA时时, ,设热敏电阻的阻值为设热敏电阻的阻值为R,R,则则 从图乙查得此时对应的温度从图乙查得此时对应的温度t t2 2=120=120答案答案: :120120【反思归纳【反思归纳】热敏电阻的特点和应用热敏电阻的特点和应用(1)(1)热敏电阻特点热敏电阻特点: :正温度系数的热敏电阻正温度系数的热敏电阻, ,温度越高温度越高, ,电阻越大电阻越大; ;负温度系数的热敏电阻负
14、温度系数的热敏电阻, ,温度越高温度越高, ,电阻越小。电阻越小。(2)(2)热敏电阻的应用热敏电阻的应用: :应用热敏电阻时应用热敏电阻时, ,一般是利用温度一般是利用温度控制电阻控制电阻, ,利用电阻控制电流、电压利用电阻控制电流、电压, ,所以可以根据电所以可以根据电压或电流计算电阻压或电流计算电阻, ,根据电阻分析温度。根据电阻分析温度。热点二光敏电阻传感器的应用热点二光敏电阻传感器的应用【典例【典例2 2】为了节能和环保为了节能和环保, ,一些公共场所使用光控开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关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制, ,光光敏电
15、阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件( (照度可照度可以反映光的强弱以反映光的强弱, ,光越强照度越大光越强照度越大, ,照度单位为照度单位为lx)lx)。某。某光敏电阻光敏电阻R RP P在不同照度下的阻值如下表在不同照度下的阻值如下表: :照度照度/lx/lx0.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2电阻电阻/k/k757540402828232320201818世纪金榜导学号42722248(1)(1)根据表中数据根据表中数据, ,请在图甲给定的坐标系中描绘出光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敏
16、电阻阻值随照度变化的曲线, ,并说明阻值随照度变化并说明阻值随照度变化的特点。的特点。(2)(2)如图乙所示如图乙所示, ,当当1 1、2 2两端所加电压上升两端所加电压上升至至2V2V时时, ,控制开关自动启动照明系统控制开关自动启动照明系统, ,请利请利用下列器材设计一个简单电路。给用下列器材设计一个简单电路。给1 1、2 2两两端提供电压端提供电压, ,要求当天色渐暗照度降低至要求当天色渐暗照度降低至1.0lx1.0lx时启动时启动照明系统照明系统, ,在虚线框内完成电路原理图。在虚线框内完成电路原理图。( (不考虑控制不考虑控制开关对所设计电路的影响开关对所设计电路的影响) )提供的器
17、材如下提供的器材如下: :光敏电阻光敏电阻R RP P( (符号符号 , ,阻值见图表阻值见图表) )直流电源直流电源E(E(电动势电动势3V,3V,内阻不计内阻不计););定值电阻定值电阻:R:R1 1=10k,R=10k,R2 2=20k,R=20k,R3 3=40k(=40k(限选其中之一限选其中之一并在图中标出并在图中标出););开关开关S S及导线若干。及导线若干。【思考探究【思考探究】(1)(1)当照度降低至当照度降低至1.0lx1.0lx时时, ,光敏电阻的阻值如何确定光敏电阻的阻值如何确定? ?阻值为多少阻值为多少? ?提示提示: :由题干中表格数据可得阻值为由题干中表格数据可
18、得阻值为20k20k。(2)(2)如何使光敏电阻两端的电压达到如何使光敏电阻两端的电压达到2V?2V?提示提示: :依据串联电路的分压原理依据串联电路的分压原理, ,串联一个合适的分压串联一个合适的分压电阻。电阻。【解析【解析】(1)(1)根据表中的数据根据表中的数据, ,在坐标纸上描点连线在坐标纸上描点连线, ,得得到如图所示的变化曲线。到如图所示的变化曲线。阻值随照度变化的特点阻值随照度变化的特点: :光敏电阻的阻值随光的照度的光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。增大非线性减小。(2)(2)因天色渐暗照度降低至因天色渐暗照度降低至1.0lx1.0lx时启动照明系统时启动照明系统, ,
19、此时此时光敏电阻阻值为光敏电阻阻值为20k,20k,两端电压为两端电压为2V,2V,电源电动势为电源电动势为3V,3V,故应加上一个分压电阻故应加上一个分压电阻, ,分压电阻阻值为分压电阻阻值为10k,10k,即即选用选用R R1 1; ;此电路的原理图如图所示。此电路的原理图如图所示。答案答案: :(1)(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光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)(2)电路原理图见解析图电路原理图见解析图【强化训练【强化训练】1.1.如图所示如图所示, ,将多用电表的选择开关置于将多用电表
20、的选择开关置于欧姆挡欧姆挡, ,再将电表的两支表笔分别与光敏再将电表的两支表笔分别与光敏电阻电阻R RT T的两端相连的两端相连, ,这时表针恰好指在刻这时表针恰好指在刻度盘的中央。若用不透光的黑纸将度盘的中央。若用不透光的黑纸将R RT T包裹起来包裹起来, ,表针将表针将向向_(_(选填选填“左左”或或“右右”) )转动转动; ;若用手电筒若用手电筒光照射光照射R RT T, ,表针将向表针将向_(_(选填选填“左左”或或“右右”) )转动。转动。【解析【解析】光敏电阻受光照越强光敏电阻受光照越强, ,电阻越小电阻越小, ,所以用不透所以用不透光的黑纸将光的黑纸将R RT T包起来包起来,
21、 ,电阻增大电阻增大, ,指针左偏指针左偏, ,若用手电筒若用手电筒光照射光照射R RT T, ,电阻减小电阻减小, ,表针将向右偏。表针将向右偏。答案答案: :左右左右2.(20172.(2017临沂模拟临沂模拟) )一台臭氧发生器一台臭氧发生器P P的电阻为的电阻为10k,10k,当供电电压等于当供电电压等于24V24V时能正常工作时能正常工作, ,否则不产生臭氧。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现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置, ,要求它在有要求它在有光照时能产生臭氧光照时能产生臭氧, ,在黑暗时不产生臭氧在黑暗时不产生臭氧, ,拟用一个光拟用一个光敏电阻敏电阻R
22、 R1 1对它进行控制对它进行控制,R,R1 1的阻值在有光照时为的阻值在有光照时为100,100,黑暗时为黑暗时为1000,1000,允许通过的最大电流为允许通过的最大电流为3mA;3mA;电源电源E E的的电压为电压为36V,36V,内阻不计内阻不计; ;另有一个滑动变阻器另有一个滑动变阻器R R2 2, ,阻值为阻值为0 0100,100,允许通过的最大电流为允许通过的最大电流为0.4A;0.4A;一个开关一个开关S S和导和导线若干。臭氧发生器线若干。臭氧发生器P P和光敏电阻和光敏电阻R R1 1的符号如图所示。的符号如图所示。设计一个满足上述要求的电路图设计一个满足上述要求的电路图
23、, ,图中各元件要标上字图中各元件要标上字母代号母代号, ,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A A、B(B(电路图画在虚线框内电路图画在虚线框内) )。【解析【解析】为了能控制臭氧发生器为了能控制臭氧发生器, ,应该用滑动变阻器的应该用滑动变阻器的分压式接法分压式接法, ,有光照时有光照时P P能正常工作能正常工作, ,无光照时无光照时P P不工作。不工作。电路图如图所示。电路图如图所示。答案答案: :见解析图见解析图【反思归纳【反思归纳】作图及图象的分析作图及图象的分析(1)(1)描绘图象时描绘图象时, ,若规律不明确若规律不明确, ,应描绘平
24、滑的曲线应描绘平滑的曲线; ;若若确定为线性关系的图象确定为线性关系的图象, ,应描绘直线应描绘直线, ,让直线过尽量多让直线过尽量多的点的点, ,不在直线上的点均匀分布直线两侧。不在直线上的点均匀分布直线两侧。(2)(2)利用图象时利用图象时, ,可利用图象上某点的坐标分析问题可利用图象上某点的坐标分析问题, ,也也可应用线性图象的斜率、截距分析问题。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热点三传感器在实验中的应用【典例【典例3 3】根据图中所提供的器材根据图中所提供的器材, ,请正确将请正确将ABCDABCD四个四个接线柱的接线接好接线柱的接线接好, ,使其成为一个
25、以热敏电阻为传感器使其成为一个以热敏电阻为传感器的简易报警器的简易报警器( (当温度过高时当温度过高时, ,电铃会响铃报警电铃会响铃报警) )。世。世纪金榜导学号纪金榜导学号4272224942722249【思考探究【思考探究】(1)(1)温度过高时温度过高时, ,热敏电阻阻值如何变化热敏电阻阻值如何变化? ?提示提示: :温度越高温度越高, ,热敏电阻的阻值越小。热敏电阻的阻值越小。(2)(2)干簧管有什么特性干簧管有什么特性? ?提示提示: :磁场增强时磁场增强时, ,干簧管控制开关闭合。干簧管控制开关闭合。答案答案: :见解析见解析【解析【解析】热敏电阻应连入控制电路热敏电阻应连入控制电
26、路, ,所以所以A A与与C C相连相连; ;干干簧管继电器开关应连入报警电路簧管继电器开关应连入报警电路, ,所以所以B B与与D D相连。如图相连。如图所示所示: :【强化训练【强化训练】1.(20171.(2017运城模拟运城模拟) )某种角速度计某种角速度计, ,其其结构如图所示。当整个装置绕轴结构如图所示。当整个装置绕轴OOOO转转动时动时, ,元件元件A A相对于转轴发生位移并通过相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压滑动变阻器输出电压, ,电压传感器电压传感器( (传感器内阻无限大传感器内阻无限大) )接收相应的电压信号。已知接收相应的电压信号。已知A A的质量为的质量为m,
27、m,弹簧的劲度系弹簧的劲度系数为数为k k、自然长度为、自然长度为l, ,电源的电动势为电源的电动势为E E、内阻不计。、内阻不计。滑动变阻器总长也为滑动变阻器总长也为l, ,电阻分布均匀电阻分布均匀, ,装置静止时滑片装置静止时滑片P P在变阻器的最左端在变阻器的最左端B B端端, ,当系统以角速度当系统以角速度转动时转动时, ,则则( () )A.A.电路中电流随角速度的增大而增大电路中电流随角速度的增大而增大B.B.电路中电流随角速度的增大而减小电路中电流随角速度的增大而减小C.C.弹簧的伸长量为弹簧的伸长量为x= x= D.D.输出电压输出电压U U与与的函数式为的函数式为U= U=
28、【解析【解析】选选D D。系统在水平面内以角速度。系统在水平面内以角速度转动时转动时, ,无无论角速度增大还是减小论角速度增大还是减小,BC,BC的总电阻不变的总电阻不变, ,根据闭合电根据闭合电路欧姆定律得知路欧姆定律得知, ,电路中电流保持不变电路中电流保持不变, ,故故A A、B B错误错误; ;设设系统在水平面内以角速度系统在水平面内以角速度转动时转动时, ,弹簧伸长的长度为弹簧伸长的长度为x,x,则对元件则对元件A,A,根据牛顿第二定律得根据牛顿第二定律得kxkx=m=m2 2( (l+x),+x),又输又输出电压出电压U= ,U= ,联立两式得联立两式得x= x= 故故C C错误错
29、误,D,D正确。正确。2. (20172. (2017长治模拟长治模拟) )车床在工作车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的时是不允许将手随便接近飞转的工件的工件的, ,为了防止万一为了防止万一, ,设计了下面设计了下面的光电自动控制安全电路的光电自动控制安全电路, ,只要人手不小心靠近了工件只要人手不小心靠近了工件, ,机器就自动停转机器就自动停转, ,请简述其工作原理。图中的请简述其工作原理。图中的A A为车床为车床上的电动机上的电动机;B;B为随电动机高速转动的工件为随电动机高速转动的工件;C;C为光源为光源, ,它它发出的光照在光敏电阻发出的光照在光敏电阻D D上上;E;E为电磁铁为电磁铁;F;F为衔铁为衔铁;G;G为电为电源源;H;H为弹簧。为弹簧。【解析【解析】当手在当手在C C、D D间靠近工件时间靠近工件时, ,遮挡住射向光敏电遮挡住射向光敏电阻的光阻的光, ,光敏电阻的阻值迅速变大光敏电阻的阻值迅速变大, ,电路中的电流减小电路中的电流减小, ,使电磁铁磁性减弱从而放开衔接使电磁铁磁性减弱从而放开衔接, ,造成电动机断路造成电动机断路, ,使使工件停转以保证安全。工件停转以保证安全。答案答案: :见解析见解析
