（鲁京津琼）2020版高考物理第十一章交变电流传感器实验利用传感器设计并制作简单的自动控制装置教案.docx

实验利用传感器设计并制作简单的自动控制装置1.研究热敏电阻的热敏特性装置及器材操作要领 (1)绝缘：热敏电阻要绝缘处理。(2)适当：“欧姆”挡要选择适当的倍率。(3)调零：要先进行欧姆调零再测量。(4)等待：加开水后要等一会儿再测阻值，以使电阻温度与水的温度相同。(5)重新调零：欧姆表每次换挡后都要重新调零。(6)记录：记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻的阻值。2.研究光敏电阻的光敏特性装置及器材操作要领 (1)连接：按图示电路连接好。(2)选挡：多用电表置于“100”挡。(3)调零：要先进行欧姆调零再测量。(4)遮光：用手掌(或黑纸)遮光，改变射到光敏电阻上的光的多少。(5)重新调零：欧姆表每次换挡后都要重新调零。(6)记录：记下不同光照下光敏电阻的阻值。数据处理(1)研究热敏电阻的热敏特性在RTt坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。结论：半导体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。(2)研究光敏电阻的光敏特性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。误差分析(1)温度计读数带来误差。(2)多用电表读数带来误差。(3)热敏电阻与水温不同带来误差。(4)作RTt图象时的不规范易造成误差。教材原型实验 类型一热敏电阻问题【例1】 利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变_(填“大”或“小”)。(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 (如图1甲所示)，则25 的刻度应在20 的刻度的_(填“左”或“右”)侧。图1(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大。故电路中电流会减小。(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25 的刻度应对应较大电流，故在20 的刻度的右侧。(3)如图所示。答案(1)小(2)右(3)见解析类型二光敏电阻问题【例2】 光敏电阻是阻值随光的照度而发生变化的元件(照度是描述光的强弱的物理量，单位为(lx)，某同学想用下列器材探究光的照度与光敏电阻的阻值之间的关系：光敏电阻RL；电流表A(量程00.6 A)；直流电源E(26 V，内阻忽略不计)；电阻箱R；开关S；导线若干。已知没有光照时该光敏电阻的阻值为80 ，照度为1.2 lx时光敏电阻的阻值约为20 。现要求测量照度从0增加到1.2 lx的多个光强下的RL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：依照实验原理电路图连线；调节光照强度为零；将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全；闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0和_；将光照强度调为0.1 lx，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I0，记录_；则光照强度调为0.1 lx时光敏电阻的阻值RL_；逐步提高光照强度值，每次增大0.1 lx，直至达到1.2 lx为止；在每一光照强度下重复步骤可得到不同光强下的RL的阻值。解析(1)光敏电阻的阻值较大，如果用电流表直接测量光敏电阻电流，读数误差较大，为减小实验误差，可将光敏电阻与电阻箱并联，用电流表测干路电流，电路图如图所示：(2)直流电源的电动势E没有给出明确数值，因此需要先在光照强度为零时，结合光敏电阻(80 )和电阻箱读数R0计算E的大小，此时通过光敏电阻的电流IL，通过电阻箱的电流I箱，又ILI箱I0，解得E；将光照强度调为0.1 lx，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I0，记录电阻箱读数R，此时通过光敏电阻的电流II0，光敏电阻的阻值RL。答案(1)见解析图(2)电阻箱读数R0电阻箱读数R实验拓展创新【例3】 (2017江苏单科)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图2甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过1 5 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 ，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。t/30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0200 )、滑动变阻器R2(0500 )、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0999.9 )、开关S、导线若干。为使该装置实现对3080 之间任一温度的控制，电源E应选用_(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用_(选填“R1”或“R2”)。图2(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至_(选填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针_(选填“偏转”或“不偏转”)。(4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_。(填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合断开开关，将电阻箱从电路中移除合上开关，调节滑动变阻器的阻值断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 解析(1)为保持继电器的灵敏度，即电路中的电流易超过15 mA，应选电动势大的电源E2；当温度为80 时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为RRt350.9 ，故滑动变阻器应选R2。(2)因电路中有电源，排查电路故障应选用多用电表的直流电压挡，故选C。(3)只有b、c间断路，表笔接入a、b间时，电表与电源之间形不成闭合电路，则电表指针不偏转，表笔接入a、c间时，能形成闭合电路，电表指针发生偏转。(4)欲使衔铁在50 被吸合，由表中数据可知，此时热敏电阻的阻值为108.1 ，操作步骤应是先断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 ，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，观察继电器的衔铁被吸合，然后断开开关，将电阻箱从电路中移除，再将热敏电阻接入电路原位置，故步骤顺序应为答案(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转 (4)1.(2016浙江高考)如图3所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学的身高和质量分别为()图3A.v(t0t)，U B.v(t0t)，UC.v(t0t)，(UU0) D. v(t0t)，(UU0)解析当测重台没有站人时，2xvt0，当测重台站人时，2(xh)vt，联立可得hv(t0t)；当测重台没有站人时，U0kM0g；当测重台站人时，Uk(M0gmg)，联立可得，m(UU0)；故选项D正确。答案D2.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图4甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是()图4A.传送带运动的速度是0.1 m/sB.传送带运动的速度是0.2 m/sC.该传送带每小时输送3 600个工件D.该传送带每小时输送7 200个工件解析从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v m/s0.2 m/s，选项A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为xvt0.23 600 m，工件个数为n3 600个，选项C正确，D错误。答案BC3.一些材料的电阻随温度的升高而变化。如图5甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E1.5 V，内阻不计)、电流表(量程为5 mA，内阻不计)、电阻箱R串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。图5(1)电流刻度较大处对应的温度刻度_(选填“较大”或“较小”)；(2)若电阻箱阻值R150 ，当电流为5 mA时对应的温度数值为_。解析(1)由题图甲可知，温度升高，电阻阻值增大，电路中电流减小，因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小。(2)电流为5 mA时，电路总电阻为300 ，电阻箱阻值R150 ，则R150 ，由题图甲得对应的温度为50 。答案(1)较小(2)504.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6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)和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为1107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。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4.8 V，g取10 m/s2。请回答：图6压力F/N02505007501 0001 2501 500电阻R/