（广西专用）高考物理一轮复习 第十章 实验五用多用电表探索黑箱内的电学元件 传感器的简单应用课件 新人教版.ppt

实验五用多用电表探索黑箱内的电学元件传感器的简单应用 1 了解多用电表的构造 原理 掌握多用电表的使用方法2 学会用多用电表探测黑箱内的电学元件3 了解传感器的工作原理及简单应用 1 多用电表 多用电表是用来测量 电流 电压 电阻等物理量的仪器 1 多用电表的外观认识 2 测量原理 测量电流和电压时等同于电流表和电压表 测电阻 依据是闭合电路的欧姆定律 原理图如图 当rx 0时 ig 当rx 时 ig 0若rx为一般值 则i 即 rx与i相对应 非线性 当i ig时 rx为中值电阻 即电表内阻 2 黑箱内电学元件的电阻特点及判断 1 黑箱内常见的电学元件有 电阻 电源 电容器 二极管等 2 测量判断 电阻为零 两接线柱由无阻导线短接 电压为零有下述可能性 a 任意两接线柱之间电压均为零 盒内无电源 b 有的接线柱之间电压为零 可能是以下情况 两接线柱中至少有一个与电源断路 两接线柱之间有电动势代数和为零的反串电池组 两接线柱间短路 电压最大 两接线柱间有电源 正向和反向电阻值相差很大 两接线柱间有二极管 有充放电现象 欧姆表指针先偏转 然后又回到 刻度 两接线柱之间有电容器 在分析和解答黑箱问题时 其外观表现往往相同 所以不仅答案多种多样 而且在无条件限制时 还可能有无数多解 3 传感器的原理传感器是能将所感受到的物理量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的量 一般是电学量 的一类元件 其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号 例如 光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号 热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号 转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测 自动控制 遥控等各种目的了 多用电表 电学黑箱 直流电源 开关 导线 小灯泡 二极管 铁架台 带铁夹 温度计 烧杯 光敏电阻 热敏电阻 冰 热 水 光电计数器等 1 用多用电表测电阻 1 检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置 若不指零 则可用小螺丝刀进行机械调零 2 将红 黑表笔分别插入 插孔 3 将选择开关置于直流电压2 5v挡 测1 5v干电池的电压 4 将选择开关置于交流电压250v挡 测220v交流电源的电压 一定要注意安全 手指不能接触红黑表笔前端的金属杆 锦囊妙诀 多用电表测电阻 开关扳到欧姆挡 估计阻值选量程 正负表笔相接触 转动旋钮调好零 接入待测电阻后 金属测棒手莫碰 从右向左读示数 阻值还需倍率乘 每次换挡重调零 这条牢牢记心中 用完拔出两表笔 选择开关off停 5 将选择开关置于直流电流10ma挡 测量1 5v干电池与200 电阻串联回路的电流 6 将选择开关置于欧姆表的 1 挡 短接红 黑表笔 调整调零旋钮 使指针指向欧姆表刻度的零位置 7 将两表笔分别接触几欧 几十欧的定值电阻两端 读出欧姆表指示的电阻数值 并与标准值比较 然后断开表笔 8 将选择开关置于欧姆挡的 100 挡 重新进行欧姆调零 然后测定几百欧 几千欧的电阻 并将测定值与标准值进行比较 2 研究二极管的单向导电性 1 将小灯泡 二极管 电键 直流电源用导线串联成回路 改变电源的极性的接法 观察二极管的开关特性 2 用多用电表判断二极管的极性 将二极管接到两表笔之间 若指示的电阻值很小 对二极管加的是正向电压 黑笔接的是正极 红笔接的是负极 若指示的电阻值很大 说明对二极管加的是反向电压 黑笔接的是负极 红笔接的是正极 3 探测黑箱内电路 如图所示 1 将多用电表选择开关旋转到直流电压挡 并置于500v量程 用多用电表测量黑箱任意两个接线柱间的电压 若均无电压 则说明黑箱内不含电源 2 用欧姆挡测量a c间正 反接电阻 若两次所测阻值相等 则表明a c间只含有电阻 3 用欧姆挡测量a b间正 反接电阻 若红表笔接a 黑表笔接b时所测阻值较小 而红表笔接b 黑表笔接a时所测阻值很大 表明a b间有二极管 且a接线柱接二极管的负极 b接线柱接二极管的正极 4 用欧姆挡测量b c间电阻 若当红表笔接b 黑表笔接c时所测阻值很大 而当红 黑表笔反接时 所测阻值却很小 则b c间有二极管 且b接二极管的正极 5 据前面所测结果 画出黑箱内电路 可能是如图所示的两种形式 4 传感器的简单应用 1 研究热敏电阻的热敏特性 将热敏电阻放入烧杯中的水中 测量水温和热敏电阻的阻值 如图甲所示 准备好记录电阻与温度关系的表格 改变水的温度 多次测量水的温度和热敏电阻的阻值 记录在表格中 把记录的数据画在r t图中 得图线如图乙所示 2 研究光敏电阻的光敏特性 连接电路如图所示 用欧姆表测量光敏电阻的阻值 改变入射到光敏电阻上的光强度 多次测量其电阻值并比较光的强度变化与电阻变化的关系 及时记录实验数据 分析光敏电阻特性 3 传感器应用 将钩码放在纸带上 如图所示 拖动纸带向前运动 观察光电计数器上的数字变化 1 电池用旧后 电动势会减小 内电阻会变大 致使电阻测量值偏大 要及时更换新电池2 欧姆表的表盘刻度不均匀 估读时易带来误差 要注意其左密右疏特点3 由于欧姆表刻度的非线性 表头指针偏转过大或过小都会使误差增大 因此要选用适当挡位 使指针指中值附近 4 测电流 电压时 由于电表内阻的影响 测得的电流 电压值均小于真实值5 读数时的观测易形成偶然误差 要垂直表盘正对指针读数6 传感器中的误差 一是温度计读数的偶然误差 二是读数的时机把握 过早则存在水温与热敏电阻温度有差异 1 欧姆表刻度盘不同于电压 电流表刻度盘 1 刻度不均匀 左密右疏 2 欧姆挡是倍率挡 即读出的示数再乘以挡上的倍率 电流 电压挡是量程范围挡 在不知道待测电阻的估计值时 应先从小倍率开始 熟记 小倍率小角度偏 大倍率大角度偏 因为欧姆挡的刻度盘上越靠左读数越大 且测量前指针指在左侧 处 3 欧姆表的读数 待测电阻的阻值应为表盘读数乘以倍率 为了减小读数误差 指针应指表盘到的部分 即中央刻度附近 2 多用电表使用的注意事项 1 使用前要机械调零 2 两表笔在使用时 电流总是 红入 黑出 3 电压 电流挡为量程范围挡 电阻挡为倍率挡 4 测电阻时 待测电阻与电路 电源一定要断开 两手一定不要同时接触两笔金属杆 每换一挡必须重新欧姆调零 读出示数要乘以倍率 5 测电学黑箱时 一定要先用大量程电压挡判其内部有无电源 无电源方可用欧姆挡 6 使用完毕 选择开关要置于off挡或交流电压最高挡 长期不用应取出电池 3 传感器问题 1 在做热敏实验时 加热水后要等一会再测其阻值 以使电阻温度与水温相同 并同时读出水温 2 光敏实验中 如果效果不明显 可将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 3 光电计数器是比较精密的仪器 使用过程中应轻拿轻放 严格按操作要求进行 多用电表的欧姆挡不仅能测电阻值 在实际应用中还可判断某一元件是电阻 电容器还是电感器 若某一元件用欧姆表测量时 指针指在某一刻度不动则该元件为电阻 若某一元件用欧姆表测量时 指针先偏转 然后又缓慢回到 刻度处 则可判断该元件为电容器 若某一元件用欧姆表测量时 指针先偏转到 0 刻度处再逐渐增大到某一数值 则可判断该元件为电感器 多用电表的使用方法 例证1 2011 安徽高考 1 某同学使用多用电表粗略测量一定值电阻的阻值 先把选择开关旋到 1k 挡位 测量时指针偏转如图 a 所示 请你简述接下来的测量过程 测量结束后 将选择开关旋到 off 挡 2 接下来采用 伏安法 较准确地测量该电阻的阻值 所用实验器材如图 b 所示 其中电压表内阻约为5k 电流表内阻约为5 图中部分电路已经连接好 请完成实验电路的连接 3 图 c 是一个多量程多用电表的简化电路图 测量电流 电压和电阻各有两个量程 当转换开关s旋到位置3时 可用来测量 当s旋到位置 时 可用来测量电流 其中s旋到位置 时量程较大 规范解答 1 由指针偏转知所选挡位过大 电阻读数大约为2k 所以需要换 100挡 换挡后要重新进行欧姆调零 最后读数 2 该电阻的阻值约为2k 和电压表 电流表内阻比较知为一个大电阻 所以电流表要用内接法 电路连接如图 3 测量电阻需要内接电源 所以开关s旋到位置3时 用来测量电阻 测量电流时 表头要并联分流电阻 故当s旋到位置1 2时 用来测量电流 分流电阻越小量程越大 所以旋到位置1时量程较大 答案 1 断开待测电阻 将选择开关旋到 100 挡 将两表笔短接 调整 欧姆调零旋钮 使指针指向 0 再接入待测电阻 将指针示数 100 即为待测电阻阻值 2 见规范解答图 3 电阻1 21 多用电表欧姆挡的使用 例证2 2011 北京高考 用如图所示的多用电表测量电阻 要用到选择开关k和两个部件s t 请根据下列步骤完成电阻测量 旋动部件 使指针对准电流的 0 刻线 将k旋转到电阻挡 100 的位置 将插入 插孔的表笔短接 旋动部件 使指针对准电阻的 填 0刻线 或 刻线 将两表笔分别与待测电阻相接 发现指针偏转角度过小 为了得到比较准确的测量结果 请从下列选项中挑出合理的步骤 并按 的顺序进行操作 再完成读数测量 a 将k旋转到电阻挡 1k 的位置b 将k旋转到电阻挡 10 的位置c 将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接d 将两表笔短接 旋动合适部件 对电表进行校准 规范解答 用多用电表测量电阻时 在测量之前就要观察指针是否在零刻度线上 若指针不在零刻度线上 用螺丝刀小心转动调零螺丝s 使指针对准电流的 0刻线 然后转动选择开关k 选择量程 再将两表笔短接 调整调零电阻的旋钮t 使指针对准满偏刻度 即电阻的0刻线 接下来才能将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接 测量被测电阻的阻值 若在测量过程中 发现指针偏转角度过小 表明被测的电阻阻值很大 这时要换用更高倍率的挡位 本题就要从 100 挡位更换到 1k 挡的位置 答案 s t0刻线 adc 多用电表探索黑箱中的电学元件和传感器的应用 例证3 2012 南宁模拟 1 用多用电表探测图甲所示黑箱发现 用直流电压挡测量 e g两点间和f g两点间均有电压 e f两点间无电压 用欧姆挡测量 黑表笔 与电表内部电源的正极相连 接e点 红表笔 与电表内部电源的负极相连 接f点 阻值很小 但反接阻值很大 那么 该黑箱内元件的接法可能是图乙中的 2 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电 为路灯提供电能 用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关 实现自动控制 光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化 作为简化模型 可以近似认为 照射光较强 如白天 时电阻几乎为0 照射光较弱 如黑天 时电阻接近于无穷大 利用光敏电阻作为传感器 借助电磁开关 可以实现路灯自动在白天关闭 黑天打开 电磁开关的内部结构如图所示 1 2两接线柱之间是励磁线圈 3 4两接线柱分别与弹簧片 和触点连接 当励磁线圈中电流大于50ma时 电磁铁吸合铁片 弹簧片和触点分离 3 4断开 电流小于50ma时 3 4接通 励磁线圈中允许通过的最大电流为100ma 利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路 画出电路原理图 光敏电阻r1 符号灯泡l 额定功率40w 额定电压36v 符号保护电阻r2 符号电磁开关 符号蓄电池e 电压36v 内阻很小 开关s 导线若干 回答下列问题 a 如果励磁线圈的电阻为200 励磁线圈允许加的最大电压为 v 保护电阻r2的阻值范围为 b 在有些应用电磁开关的场合 为了安全 往往需要在电磁铁吸合铁片时 接线柱3 4之间从断开变为接通 为此 电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明 c 任意举出一个其他的电磁铁应用的例子 规范解答 1 用多用电表直流电压挡测量时 e g两点间和f g两点间均有电压 则说明e g和f g两点间均与电源相连 而e f间无电压 则说明e f两点间无电源 当用欧姆挡测量时 黑表笔接e 红表笔接f点阻值很小 反接阻值很大 则e f间接正向二极管 故b正确 2 电磁继电器分为控制电路和工作电路两部分 根据光敏电阻的特性 可知光敏电阻应串联在控制电路中 为了保护励磁线圈 保护电阻也应该串联在控制电路中 灯泡连入工作电路 因为励磁线圈允许的最大电流im 0 1a 所以励磁线圈两端允许的最大电压um imr 20v 保护电阻的最小值r21 r线 160 最大值r22 r线 520 答案 1 b 2 如图所示 a 20160 520b 把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧 保证当电磁铁吸合铁片时 3 4之间接通 不吸合时 3 4之间断开c 电磁起重机 1 关于欧姆表 下列说法正确的是 a 欧姆表是根据闭合电路欧姆定律制成的b 由于电流和电阻成反比 所以刻度盘上的刻度均匀c 使用欧姆表时 选择好一定量程的欧姆挡后 首先应将两表笔短接 进行电阻调零 换挡后不必重新调零d 若测量时指针偏角较小 应换用小倍率测量 解析 选a 由i 知i与rx不成反比 刻度不均匀 b错 换挡后要重新调零 c错 指针偏角较小说明被测电阻较大 应换大倍率挡 d错 2 如图所示 已知黑箱外有a b c三个接线柱 黑箱内有一个定值电阻和一个二极管 它们的两端都直接接在接线柱上 用多用电表依次测三个接线柱间的阻值 结果如表所示 请判定黑箱内的结构 解析 此题考查用多用电表判定黑箱内的电路结构 考查学生对二极管特性的掌握情况 考查推理能力 定值电阻阻值与电流方向无关 二极管有单向导电性 其电阻与电流方向有关 其正向电阻较小 反向电阻很大 电流方向总是从红表笔流入多用电表 因此一定是从黑表笔流入被测电路的 a b间电阻与电流方向无关 因此一定是定值电阻 b c间电阻与电流方向有关 且阻值比a c间的相应阻值小 说明二极管一定直接接在b c间且c为正极 答案 黑箱内结构如图所示 3 2012 泉州模拟 一位同学使用多用电表测电阻 他在实验中的主要步骤如下 把选择开关拨到 10 的欧姆挡上 把表笔插入测试笔插孔中 先把两表笔相接触 旋转调零旋钮 使指针指在零处 把两表笔分别与待测电阻的两端相接 发现这时指针偏转角度较小 换用 100 欧姆挡测量 发现这时指针偏转适中 随即记下电阻数值 把表笔从测试笔插孔拔出后 把多用电表放回桌上原处 实验完毕 这位同学在测量时已注意到 待测电阻与其他元件的电源断开 不用手碰表笔的金属杆 这位同学在实验中还有哪些违反使用规则的地方 a b 解析 a 选择开关从 10 挡拨到 100 挡时 必须重新调零 b 多用电表使用后不能把选择开关置于欧姆挡 应置于交流电压最高挡或 off 挡 答案 见解析 4 传感器是把非电学量 如速度 温度 压力等 的变化转换成电学量的变化的一种元件 在自动控制中有着相当广泛的应用 有一种测量人的体重的电子秤 其测量部分的原理图如图中的虚线框所示 它主要由压力传感器r 电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻 显示体重大小的仪表a 实质是理想的电流表 组成 压力传感器表面能承受的最大压强1 107pa 且已知压力传感器r的电阻与所受压力的关系如表所示 设踏板 和压杆的质量可以忽略不计 接通电源后 压力传感器两端的电压恒为4 8v 取g 10m s2 请回答 1 该秤零起点 即踏板空载时 的刻度线应标在电流表刻度盘 ma处 2 如果某人站在该秤踏板上 电流表刻度盘的示数为20ma 这个人的体重是 kg 解析 本题是传感器的应用问题 考查学生的实验与探究能力 1 由图表知 踏板空载时 压力传感器电阻r 300 此时a中电流i a 16ma 2 当电流i 20ma 20 10 3a时 压