（课标通用版）2020版高考物理总复习第十一章03实验十二传感器的简单使用课件.pptx

实验十二传感器的简单使用,一实验目的,二实验原理,三实验器材,基础过关,四实验过程,五注意事项,考点一对热敏电阻的特性和应用的考查,考点二对光敏电阻的特性和应用的考查,考点三力电传感器的应用,考点突破,一、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。二、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)。,基础过关,2.传感器的工作过程三、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、滑动变阻器、开关、导线等。,四、实验过程实验1研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤将热敏电阻和多用电表按如图所示连接好,并将热敏电阻进行绝缘处理;,将多用电表置于“欧姆”挡,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;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电表测量的热敏电阻的阻值;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。,在如图所示的坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。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)实验步骤将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、学生电源按如图所示的电路连接好,其中多用电表置于“100”挡;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;,接通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录;用手掌(或黑纸)遮住光,测出光敏电阻的阻值,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。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。,五、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的光照强度。3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。,考点一对热敏电阻的特性和应用的考查例1(2018课标,23,10分)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在2580范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25时的阻值)为900.0;电源E(6V,内阻可忽略);电压表(量程150mV);定值电阻R0(阻值20.0),滑动变阻器R1(最大阻值为1000);电阻箱R2(阻值范围0999.9)单刀开关S1,单刀双掷开关S2。,考点突破,图(a)实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍,为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0。实验得到的R2-t数据见下表。,回答下列问题:(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到(填“a”或“b”)端;(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线;,图(b)图(c)(3)由图(b)可得到RT在2580范围内的温度特性。当t=44.0时,可得RT=;,(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为,则手心温度为。,答案(1)b(2)如图所示(3)450(4)620.033.0,解析本题考查替代法测电阻、绘图能力及电阻箱的读数等。(1)滑动变阻器是限流式接法,S1闭合前,滑片应置于使滑动变阻器连入电路的阻值最大的位置,即b端。(2)由题给数据描完点后,观察这些点的分布规律,应画一条平滑曲线,让尽可能多的点落在线上,不在线上的点要均匀分布在线的两侧。(3)由R2-t图线知,当t=44.0时,RT=450。(4)电阻箱的读数为(6100+210+01+00.1)=620.0,由R2-t图像知,当R2=620.0时,t=33.0。,变式1(2016课标,23,10分)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),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。(2)电路中应选用滑动变阻器(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(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是。将开关向(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,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。,答案(1)连线如图所示(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,解析(1)见答案。(2)由R=1800可知,滑动变阻器应选R2。(3)电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60时的阻值,即650.0。滑动变阻器的滑片应置于b端,使开关接通后回路中电流最小,以保护报警器,即防止因过载而损坏报警器。应将开关向c端闭合,然后对系统进行调节。,考点二对光敏电阻的特性和应用的考查例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,阻值见上表);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。,解析(1)描绘图像时应注意: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所示,由图可知电阻的阻值随光照度的增大而减小。,答案见解析,(2)当照度降低至1.0lx时,由图线知,此时光敏电阻RP=20k,=2V,则UR=E-=1V,由=,得R=10k,故选定值电阻R1,电路原理图如图所示。,方法总结,变式2一台臭氧发生器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和若干导线。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,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B。,答案见解析,解析因滑动变阻器最大阻值100远小于臭氧发生器P的电阻10k,为了能控制臭氧发生器,应该使用滑动变阻器的分压式连接,有光照时P能正常工作,无光照时P不工作,电路如图所示。,考点三力电传感器的应用例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),如图所示,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。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。,答案见解析,解析(1)根据“可测得与物体的质量成正比的输出电压U”可知,输出端应接电压表,又要求输入电压调节范围尽可能大,则输入端应选用滑动变阻器并采用分压式接法。设计电路如图所示:,(2)测量步骤如下:闭合开关S,调节滑动变阻器,使力电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,=;将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压U1;U0=km0g、U1=kmg,可求得m=。,变式3(2019云南昆明期末)某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也要发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应,已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材:A.电源E(3V,内阻约为1)B.电流表A1(00.6A,内阻r1=5)C.电流表A2(00.6A,内阻r2约为1)D.开关S,定值电阻R0=5,(1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值,请完成虚线框内电路图的设计。(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1,A2的读数为I2,得Rx=(用字母表示)。,(3)改变力的大小,得到不同的Rx值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的Rx值。最后绘成的图像如图所示,除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外,还可以得到的结论是。当F竖直向下时,可得Rx与所受压力F的数值关系是Rx=。,答案(1)如图所示,(2)(3)压力反向,阻值不变18-F(),解析(1)利用伏安法测量电阻阻值,但所给器材缺少电压表,可以用内阻已知的电流表A1代替,另一个电流表A2测量干路电流。(2)电阻两端电压Ux=I1r1,流经的电流Ix=I2-I1,电阻Rx=。(3)由题图可知,图像关于R轴对称,则可得结论是压力反向,阻值不变。当F竖直向下时,即F0时,图线为一次函数图线,可解得R=18-F()。,1.热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力(选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更(选填“敏感”或“不敏感”)。,巩固训练,答案增强敏感,解析由R-t图像可知,热敏电阻的阻值在温度上升时减小,则其导电能力增强。相对金属热电阻而言,热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大,则热敏电阻对温度变化的响应更敏感。,2.传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,某热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是用此热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。则:,(1)为了使温度过高时报警器报警,开关S应接在(选填“a”或“b”)处。(2)若使启动报警器的温度高些,应将滑动变阻器的滑片P向(选填“左”或“右”)移动。,答案(1)a(2)左,解析(1)由题图甲可知,温度升高时,热敏电阻的阻值减小,则开关闭合时,题图乙中通电螺线管的磁性增强,将与弹簧相连的金属导体向左吸引,要使报警器所在电路接通并报警,开关S应接在a处。(2)要实现温度更高时报警器才报警,即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通,应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大,即P向左移动。,3.如图所示,一热敏电阻RT放在控温容器M内;为毫安表,量程06mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3V,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(20T195);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R1f.R0-R1+150,解析(1)由于毫安表量程为06mA,电源电动势约为3V,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+R1,即RT1=R0-R1+150。,4.(2018湖北荆州质量检测)如图甲所示为利用光敏电阻检测传送带上物品分布,从而了解生产线运行是否正常的仪器。其中A是发光仪器,B是一端留有小孔用绝缘材料封装的光敏电阻。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻阻值R1=50,当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻阻值R2=150。定值电阻R3=45。C为平行板电容器,虚线与两极板距离相等,极板长L1=8.010-2m,两极板的间距d=1.010-2m。D为屏,与极板垂直,D到极板右边缘的距离L2=0.16m,屏上贴有用特殊材料做成的记录纸,当电子打在记录纸上时会,留下黑点,工作时屏沿图示方向匀速运动。有一细电子束沿图中虚线以速度v0=8.0106m/s连续不断地射入电容器C,虚线与屏交点为O。图乙为一段记录纸。已知电子电荷量e=-1.610-19C,电子质量m=910-31kg。忽略细电子束的宽度、电容器的充放电时间及电子所受的重力。求:电源的电动势E和内阻r。,甲,乙,答案10V5,解析当没有物品挡光时,设电容器两极板间电压为U1,由题图乙知,此时电子在屏上的偏转位移Y1=0.02m。电子在两平行板间运动时,加速度a=L1=v0t1侧移量y1=a由式联立解得y1=电子射出平行板后做匀速直线运动,此时vy=at1,tan=所以Y1=y1+L2tan由式联立得Y1=代入数据得U1=4.5V同理可得,当有物品挡光时,电容器两端电压U2=2.25V在闭合电路中,U1=R3,U2=R3解得E=10V,r=5。,5.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和两个适当的定值电阻R1、R2连成如图虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的,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,测量电路如图所示,图中的电压表内阻很大。实验中的部分实验数据测量结果如表所示。,回答下列问题:(1)根据图1所示的电路,在图2所示的实物图上连线。,(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压