高考物理大一轮复习第十一章交变电流实验十二传感器的简单使用课件

实验十二传感器的简单使用 实验基础 热点定位 跟踪训练 实验基础 理解落实夯基础 一 研究热敏电阻的热敏特性 二 研究光敏电阻的光敏特性 注意事项1 在做热敏实验时 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 在光敏实验中 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 热点定位 重点透析通热点 热点一温度传感器的应用 例1 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连成图 甲 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 甲 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 甲 所示的电路 在图 乙 所示的实物图上连线 核心点拨 1 实物图的连接要注意先串联后并联的顺序 解析 1 连线如图 a 所示 答案 1 见解析 2 为了检验RL与t之间近似为线性关系 在图 丙 中作出RL t关系图线 核心点拨 2 电表的读数要根据最小刻度确定读数的位数 图 丁 最小刻度为5mA 因此在本位内估读 电压表的最小刻度为0 1V 要估读到下一位 解析 2 RL t关系图线如图 b 所示 答案 2 见解析 3 在某一温度下 电路中的电流表 电压表的示数如图 丁 戊 所示 电流表的读数为 电压表的读数为 此时等效电阻RL的阻值为 热敏电阻所处环境的温度约为 核心点拨 3 回答热敏电阻的温度时要利用RL t图像进行读数 解析 3 因为电流表的最小刻度为5mA 故读数时只需要精确到1mA 所以电流表的读数为115mA 而电压表的最小刻度为0 1V 故读数时要估读到0 01V 所以电压表的读数为5 00V 等效电阻RL 43 5 结合RL t图像可知热敏电阻所处环境的温度约为64 0 答案 3 115mA5 00V43 5 64 0 方法技巧解决传感器实验的主要方法 1 在高中阶段关于传感器的实验主要侧重于实验电路的设计与连接 实验数据的处理或根据实验数据画图像 2 实验电路一般采用滑动变阻器的分压或限流 电流表的内接或外接 3 数据的处理一般是图像法 要充分利用好实验得到的数据获得实验结果 4 连接实物图时 一般先将串联的主体电路连接好 然后连接并联的器材 最后一定要进行检查 教师备用 如图 一热敏电阻RT放在控温容器M内 mA为毫安表 量程6mA 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95 20 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 解析 1 根据所给器材 要测量在不同温度下RT的阻值 只能将电阻箱 热敏电阻 毫安表与电源串联形成测量电路 如图所示 答案 1 见解析 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初值 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 20 T1 95 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 2 d 电阻箱的读数R0e 仍为I0电阻箱的读数R1f R0 R1 150 热点二光电传感器的应用 例2 一台臭氧发生器P的电阻为10k 当供电电压低于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0 100 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 其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A B 核心点拨 抓住臭氧发生器产生臭氧的光照条件 确定控制器光敏电阻与之连接的方式 串联或并联 由于滑动变阻器的阻值较小 因此滑动变阻器采用分压接法 解析 臭氧发生器P有光照时能产生臭氧 黑暗时不产生臭氧 而光敏电阻有光照时电阻小 无光照时电阻大 可以利用光敏电阻与之串联 调节电压 由于P需要电压小于电源的电压36V 而光敏电阻阻值与P的阻值较小 故可将变阻器接成分压式 如图所示 答案 电路图见解析 规律总结光敏电阻实验电路的设计光敏电阻在电路中往往作为控制器来使用 在这种情况下 一定要把控制要求分析清楚 结合光敏电阻的特性 确定光敏电阻与被控制元件之间是串联还是并联关系 教师备用 多选 如图所示 R1 R2为定值电阻 L为小灯泡 R3为光敏电阻 当照射光强度增大时 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 解析 当照射光强度增大时 R3阻值减小 外电路电阻随R3的减小而减小 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正确 D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正确 ABC 热点三传感器在实验中的应用 例3 2016 江苏连云港质检 利用传感器可以探测 感受外界的信号 物理条件等 如图 甲 所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U I关系图线 1 实验室提供的器材有 电流传感器 电压传感器 滑动变阻器A 阻值范围0 10 滑动变阻器B 0 100 电动势为6V的电源 不计内阻 小灯泡 开关 导线若干 该同学做实验时 滑动变阻器选用的是 选填 A 或 B 请在图 乙 的方框中画出该实验的电路图 2 如果将该小灯泡接入图 丙 所示的电路中 已知电流传感器的示数为0 3A 电源电动势为3V 则此时小灯泡的电功率为W 电源的内阻为 核心点拨 电流传感器和电压传感器是实验中替代电流表和电压表的传感器 它们在电路中的连接与电流表和电压表一样 即电流传感器串联在电路中 电压传感器并联在被测元件上 解析 1 为方便实验操作 滑动变阻器可以选A 小灯泡电阻较小 电流传感器应采用外接法 描绘小灯泡伏安特性曲线 电压与电流应从零开始变化 滑动变阻器应采用分压接法 如图 a 所示 答案 1 A实验电路图见解析 2 0 69 0 66 0 72均可 2 33 2 00 2 67均可 方法总结实验中传感器的特点实验中的传感器是用来代替其他仪器进行数据采集的 它数据采集准确 为实验数据采用电脑处理提供条件 它们不像电流表和电压表会对电路产生影响 它们的应用对实验系统误差的减小起着重要的作用 其在电路中的连接方式与它替代的仪器连接方式相同 教师备用 2016 山东威海模拟 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 热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图 甲 所示 图 乙 是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图 1 为了使温度过高时报警器铃响 开关应接在 填 a 或 b 处 2 若使启动报警的温度提高些 应将滑动变阻器的滑片P向 填 左 或 右 移动 解析 1 温度升高时 热敏电阻阻值减小 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的话 开关应接在a处 2 要实现温度更高时 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 答案 1 a 2 左 热点四实验的创新与改进 新题体验 1 2016 湖北七市协作体联考 材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为 压阻效应 利用这种效应可以测量压力大小 若图 甲 为某压敏电阻在室温下的电阻 压力特性曲线 其中RF R0分别表示有 无压力时压敏电阻的阻值 为了测量压力F 需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF 请按要求完成下列实验 1 设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路 在图 乙 的虚线框内画出实验电路原理图 压敏电阻及所给压力已给出 待测压力大小约为0 4 102 0 8 102N 不考虑压力对电路其他部分的影响 要求误差较小 提供的器材如下 A 压敏电阻 无压力时阻值R0 6000 B 滑动变阻器R 全电阻阻值约200 C 电流表A 量程2 5mA 内阻约30 D 电压表V 量程3V 内阻约3k E 直流电源E 电动势3V 内阻很小F 开关S 导线若干 解析 1 根据题述对实验电路的要求 应该采用分压式接法 电流表内接的电路 原理图如图所示 答案 1 见解析 2 正确接线后 将压敏电阻置于待测压力下 通过压敏电阻的电流是1 33mA 电压表的示数如图 丙 所示 则电压表的读数为V 3 此时压敏电阻的阻值为 结合图 甲 可知待测压力的大小F N 计算结果均保留两位有效数字 解析 2 根据电压表读数规则 电压表读数为2 00V 答案 2 2 00 3 1 5 10360 2 2016 山东济宁调研 某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表 他所选用的器材有 灵敏电流表 待改装 学生电源 电动势为E 内阻不计 滑动变阻器 单刀双掷开关 导线若干 导热性能良好的防水材料 标准温度计 PTC热敏电阻 PTC热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt a kt a 0 k 0 设计电路如图所示 并按如下步骤进行操作 1 将滑动变阻器滑片P滑到 填 a 或 b 端 单刀双掷开关S掷于 填 c 或 d 端 调节滑片P使电流表 并在以后的操作中保持滑片P位置不动 设此时电路总电阻为R 断开电路 解析 1 为了电路的安全滑动变阻器在闭合开关前 应调至a端 将单刀双掷开关S掷于c端 并调节滑动变阻器 使电流表达到满偏 答案 1 ac满偏 2 容器中倒入适量开水 观察标准温度计 每当标准温度计示数下降5 就将开关S置于d端 并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I 然后断开开关 请根据温度表的设计原理和电路图 写出电流与温度的关系式 用题目中给定的符号 I 3 根据对应温度记录的电流表示数 重新刻制电流表的表盘 改装成温度表 根据改装原理 此温度表表盘刻度线的特点是 低温刻度在 填 左 或 右 侧 刻度线分布是否均匀 填 是 或 否 3 右否 跟踪训练 即时巩固测效果 1 2016 华中师大附中适应考试 多选 电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力 感应线是一个压电薄膜传感器 压电薄膜在受压时两端产生电压 压力越大电压越大 压电薄膜与电容器C和电阻R组成图 甲 所示的回路 红灯亮时 如果汽车的前 后轮先后经过感应线 回路中产生两脉冲电流 如图 乙 所示 即视为 闯红灯 电子眼拍照 则红灯亮时 A 车轮停在感应线上时 电阻R上有恒定电流B 车轮经过感应线的过程中 电容器先充电后放电C 车轮经过感应线的过程中 电阻R上的电流先增大后减小D 汽车前轮刚越过感应线 又倒回到线内 仍会被电子眼拍照 BD 解析 车轮停在感应线上时 压力不变 则电压不变 电容器不充电 也不放电 电阻R上没有电流 选项A错误 由 乙 图可知 当车轮经过时电流先增大后减小 然后再反向增大减小 因电压是在受压时产生的 故说明电容器先充电后放电 选项B正确 C错误 若汽车前轮越过感应线 又倒回线内 则前轮两次压线 仍形成两个脉冲电流 符合拍照条件 选项D正确 2 2016 福建三明模拟 热敏电阻包括正温度系数电阻器 PTC 和负温度系数电阻器 NTC 正温度系数电阻器 PTC 在温度升高时电阻值增大 负温度系数电阻器 NTC 在温度升高时电阻值减小 某实验小组欲探究通过热敏电阻R1 常温下阻值约为10 的电流随其两端电压变化的特点 现提供下列器材 A 电流表A1 量程100mA 内阻约1 B 电流表A2 量程1 0A 内阻约0 3 C 电压表V1 量程3 0V 内阻约3k D 电压表V2 量程10 0V 内阻约10k E 滑动变阻器R 最大阻值为10k F 电源E 电动势15V 内阻忽略 G 开关 导线若干 1 该小组测出热敏电阻R1的U I图线如 甲 图曲线 所示 该热敏电阻是 填 PTC 或 NTC 热敏电阻 2 请在所提供的器材中选择必需的器材 电流表应选 电压表应选 填写器材前面的字母 并在虚线框内画出该小组设计的电路图 解析 1 甲 图曲线 所示的热敏电阻阻值随电流的增大 即温度的升高 而增大 是正温度系数电阻器 PTC 2 由U I图线可知 电流表应选B 电压表应选D 由于热敏电阻阻值较小 电流表应外接 滑动变阻器采用分压式接法 电路图如图所示 答案 1 PTC 2 BD电路图见解析 3 该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R2的U I图线如 甲 图曲线 所示 然后将热敏电阻R1 R2分别与某电池组连成如图 乙 所示电路 测得通过R1和R2的电流分别为0 30A和0 60A 则该电池组的电动势为V 结果保留三位有效数字 答案 3 10 0 解析 3 在热敏电阻的伏安特性曲线上过通过R1和R2的电流分别为0 30A和0 60A的两点作直线 该直线在纵轴的截距表示该电池组的电动势 为10 0V 3 2016 江西临川模拟 广泛应用于室内空调 电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器 是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的 在图 甲 中 电源的电动势E 9 0V 内电阻可忽略 G为内阻不计的灵敏电流表 R0为保护电阻 R为热敏电阻 其电阻值与温度变化关系如图 乙 的R t图像所示 则热敏电阻R与摄氏温度t的关系为R 闭合开关S 当R的温度等于40 时 电流表示数I1 2 25mA 则当电流表的示数I2 3 6mA时 热敏电阻R的温度是 答案 1 875 10 2t 4