高考物理 实验15传感器的简单应用课件 新人教版

1、n自主学习自主学习n一、实验原理一、实验原理n传感器是能将所感受到的不便于测量的物理传感器是能将所感受到的不便于测量的物理量量(如力、热、光、声等如力、热、光、声等)转换成便于测量的转换成便于测量的物理量物理量(一般是一般是n)的一类元件其工作过程是通过对某一物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是利用光敏电阻将光信号转换成 ；热；热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成成 ；霍尔元件能够把

2、磁感应强度这个；霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量转移后的信磁学量转换为电压这个电学量转移后的信号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自动控制等各种目的动控制等各种目的电学电学量量电信号电信号电信号电信号n二、实验器材二、实验器材n热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生温度计、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等等 n三、实验步骤三、实验步骤n1热敏电阻特性热敏电阻特性n(1)按照下图将热敏电阻连

3、入电路中，多用按照下图将热敏电阻连入电路中，多用电表的两只表笔分别与热敏电阻的两端相连，电表的两只表笔分别与热敏电阻的两端相连，烧杯中倒入少量冷水烧杯中倒入少量冷水n(2)将多用电表的选择开关置于欧姆挡，选将多用电表的选择开关置于欧姆挡，选择合适的择合适的 ，并进行欧姆调零，并进行欧姆调零n(3)待温度计示数稳定后，把测得的温度、待温度计示数稳定后，把测得的温度、电阻值填入表中电阻值填入表中n(4)分几次向烧杯中倒入少量热水，测得几分几次向烧杯中倒入少量热水，测得几组温度、电阻值填入表中组温度、电阻值填入表中n(5)在坐标纸上，描绘出热敏电阻的阻值在坐标纸上，描绘出热敏电阻的阻值R随随温度温度

4、t变化的变化的Rt图线图线倍率倍率n(6)结论：该热敏电阻的阻值随温度的升高结论：该热敏电阻的阻值随温度的升高而而_.测量次数测量次数t/R/123456减小减小n2.光敏电阻特性光敏电阻特性n(1)按照下图将光敏电阻连入电路中，多用按照下图将光敏电阻连入电路中，多用电表的两只表笔分别与光敏电阻的两端相电表的两只表笔分别与光敏电阻的两端相连连n(2)将多用电表的选择开关置于欧姆挡，选将多用电表的选择开关置于欧姆挡，选择合适的倍率，并进行欧姆调零择合适的倍率，并进行欧姆调零n(3)在正常光照下，把测得的电阻值填入下在正常光照下，把测得的电阻值填入下表中表中 n(4)将手张开，放在光敏电阻的上方，

5、通过将手张开，放在光敏电阻的上方，通过上下移动手掌，分别把挡住大部分光线和少上下移动手掌，分别把挡住大部分光线和少部分光线时，测得的电阻值填入下表中部分光线时，测得的电阻值填入下表中.n(5)结论结论_光照强光照强度度强强(正常光正常光)中中(挡住少挡住少部分光线部分光线)弱弱(挡住挡住大部大部分光分光线线)R/n深化拓展深化拓展n实验注意事项实验注意事项n1在做热敏实验时，加热水后要等一会再在做热敏实验时，加热水后要等一会再测其阻值，以使电阻温度与水温相同，并同测其阻值，以使电阻温度与水温相同，并同时读出水温时读出水温n2可用图象法研究电阻随温度变化的规可用图象法研究电阻随温度变化的规律律n

6、3光敏实验中，如果效果不明显，可将部光敏实验中，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，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改变射到光敏电阻上的光的多少n4光电计数器是比较精密的仪器，使用过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程中应轻拿轻放，严格按操作要求进行n针对训练针对训练n如图所示，如图所示，R1为定值电阻，为定值电阻，R2为负温度为负温度系数的热敏电阻系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为为小灯泡，当温度降低

7、时小灯泡，当温度降低时()nAR1两端的电压增大两端的电压增大nB电流表的示数增大电流表的示数增大nC小灯泡的亮度变强小灯泡的亮度变强nD小灯泡的亮度变弱小灯泡的亮度变弱n解析：解析：温度降低时温度降低时R2增加，干路电流减小，增加，干路电流减小，R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强电压变大、亮度变强n答案：答案：Cn【例【例1】用热敏电阻作为传感器，设计一】用热敏电阻作为传感器，设计一个简单的自动控制装置，可供选择的器材如个简单的自动控制装置，可供选择的器材如下：热敏电阻、小灯泡下：热敏电阻、小灯泡(或门铃或门铃)、电池组、电池组、继

8、电器、滑动变阻器、开关、导线等要求：继电器、滑动变阻器、开关、导线等要求：温度高时，灯泡亮或门铃报警请选出需要温度高时，灯泡亮或门铃报警请选出需要的器材，画出原理图，并作简要说明的器材，画出原理图，并作简要说明n思路点拨思路点拨假设用热敏电阻来控制一个小假设用热敏电阻来控制一个小灯泡的发光和熄灭电池组的输出电压如果灯泡的发光和熄灭电池组的输出电压如果等于继电器的工作电压，但是高于小灯泡的等于继电器的工作电压，但是高于小灯泡的额定电压，可以用一个滑动变阻器和小灯泡额定电压，可以用一个滑动变阻器和小灯泡串联来调节串联来调节n解析解析工作原理如图所示，这样可以共用工作原理如图所示，这样可以共用一个电

9、池组所选取的器材有电磁继电器、一个电池组所选取的器材有电磁继电器、热敏电阻、开关、电池组、滑动变阻器、小热敏电阻、开关、电池组、滑动变阻器、小灯泡和连接导线等其工作过程是：闭合开灯泡和连接导线等其工作过程是：闭合开关关S，把继电器、热敏电阻和电池组接通，把继电器、热敏电阻和电池组接通，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，n它的

10、阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅它的阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下来与触点来与触点P连接，将小灯泡与电池组接通，连接，将小灯泡与电池组接通，小灯泡发光当热敏电阻的温度降到某特定小灯泡发光当热敏电阻的温度降到某特定温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开触点触点P，小灯泡熄灭，这样，由热敏电阻的，小灯泡熄灭，这样，由热敏电阻的温度变化可引起继电器回路的电流变化，从温度变化可引起继电器回路的电流变化，从而达

11、到控制小灯泡亮、灭的目的而达到控制小灯泡亮、灭的目的n答案答案见解析见解析n总结提升总结提升本题属于设计性实验，要求思本题属于设计性实验，要求思维灵活、敏捷，有一定的探究能力维灵活、敏捷，有一定的探究能力nn热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，其热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，其阻值随温度升高而减小现用伏安法研究热阻值随温度升高而减小现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，备用敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，备用的实验器材和器具有：的实验器材和器具有：n插入带塞的保温杯中插入带塞的保温杯中(杯内有一定的冷水杯内有一定的冷水)的的待测热敏电阻待测热敏电阻R1(常温下的阻值约常温下

12、的阻值约4050)和温度计；盛有热水的暖水瓶和温度计；盛有热水的暖水瓶(图中未画出图中未画出)；电源电源E(3V、内阻可忽略、内阻可忽略)；直流电流表；直流电流表A(内内阻约阻约1)；直流电压表；直流电压表V(内阻约内阻约5k)；滑动；滑动变阻器变阻器R(010)；开关；开关S；导线若干；导线若干 n(1)如图所示的如图所示的a、b、c三条图线中，能反映三条图线中，能反映出热敏电阻伏安特性曲线的是出热敏电阻伏安特性曲线的是_n(2)画出实验电路图，要求得到的特性曲线画出实验电路图，要求得到的特性曲线尽可能完整，测量误差尽可能小尽可能完整，测量误差尽可能小n(3)根据电路图，在图中进行实物连线根

13、据电路图，在图中进行实物连线n解析：解析：(1)随着随着U的增加，热敏电阻的温度升的增加，热敏电阻的温度升高，电阻减小，高，电阻减小，IU图象中对应各点的斜率图象中对应各点的斜率应增大，所以热敏电阻的应增大，所以热敏电阻的IU图线对应图线对应c.n(2)由于研究热敏电阻的伏安特性曲线，要由于研究热敏电阻的伏安特性曲线，要求测量数据范围大，所以应采用分压接求测量数据范围大，所以应采用分压接法热敏电阻为小电阻，应采用外接法，如法热敏电阻为小电阻，应采用外接法，如图甲所示图甲所示n(3)连线图如图乙所示连线图如图乙所示n【例【例2】(2009安徽十校测试安徽十校测试)某同学用如某同学用如图甲所示的电

14、路测量一个电容器的电容图图甲所示的电路测量一个电容器的电容图中中R为为20k的电阻，电源电动势为的电阻，电源电动势为6.0V.将将传感器连接在计算机上，经处理后，画出电传感器连接在计算机上，经处理后，画出电容器容器it图象如图乙所示图象如图乙所示n(1)实验时先将开关实验时先将开关S接接1，经过一段时间后，经过一段时间后，当电流表示数为当电流表示数为_A时表示电容时表示电容器极板间电压最大器极板间电压最大n(2)由由it图象可知，图象与两坐标所围的面图象可知，图象与两坐标所围的面积就是电容器放出的电荷量试根据积就是电容器放出的电荷量试根据it图图象，求该电容器所放出的电荷量象，求该电容器所放出

15、的电荷量Q_C；该电容器的电容；该电容器的电容C_F(保留两位有效数字保留两位有效数字)n解析解析(1)当电流表示数为当电流表示数为0A时，表示充时，表示充电结束，此时电容器极板间电压最大电结束，此时电容器极板间电压最大n(2)据据it图象中面积表示电荷量，然后数出图象中面积表示电荷量，然后数出it图线所围面积即可知电荷量图线所围面积即可知电荷量Q.(注意不足注意不足半个格的舍去，大于半个格的按一个计算半个格的舍去，大于半个格的按一个计算)据据C 可得电容可得电容C的大小的大小n答案答案(1)0(2)8.71099.2109n(3)1.5103nn传感器担负着信息的采集任务，在自动控制传感器担

16、负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量物理量(如温度、光、声等如温度、光、声等)转换成便于测量转换成便于测量的量的量(通常是电学量通常是电学量)，例如热敏传感器，主，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量热敏电阻随温度变化的学量转换为电学量热敏电阻随温度变化的图象如图所示，图乙是由热敏电阻图象如图所示，图乙是由热敏电阻R1作为传作为传感器制作的简单自动报警器线路图问：感器制作的简单自动报警器线路图问：n(1)为了使温度过高时报警器铃响，为了使温度过高

17、时报警器铃响，c应接在应接在_(填填“a”或或“b”)n(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片变阻器滑片P点向点向_移动移动(填填“左左”或或“右右”)n(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是工作的原因可能是_n解析：解析：(1)温度过高时，热敏电阻阻值很小，温度过高时，热敏电阻阻值很小，左边电路电流很大，螺线管中产生的强磁场左边电路电流很大，螺线管中产生的强磁场使竖直金属片与使竖直金属片与a接触，此时报警器工作，接触，此时报警器工作，则则c应接触应接触a才能使电路接通才能使电路接通n(2)使启动报警的温度提高些，即要求温度使启动报警的温度提高些，即要求温度更高时竖直金属片与更高时竖直金属片与a接触，而温度更高时接触，而温度更高时热敏电阻更小，要电流不至于过早变大而报热敏电阻更小，要电流不至于过早变大而报警，