《全品高考复习方案》2020届高考物理一轮复习课件：第11单元 交变电流 传感器 实验十二 传感器的简单应用 .ppt

实验十二 传感器的简单应用,实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练教师备用习题,一、实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性. 2.了解传感器的简单应用. 二、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、继电器、滑动变阻器、开关、导线等. 三、实验原理 1.闭合电路的欧姆定律. 2.应用多用电表的“欧姆挡”进行测量和观察.,四、实验步骤 (一)研究热敏电阻的热敏特性 1.按图S12-1所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理. 2.把多用电表置于“欧姆挡”,并选择适当的量程测出烧杯中 没有热水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数. 3.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. 4.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.,图S12-1,(二)研究光敏电阻的光敏特性 1.将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图S12-2所示连接好电路,其中多用电表置于“欧姆挡”. 2.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. 3.打开光源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之 逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录. 4.用手掌(或黑纸)遮光时观察表盘指针显示的电阻值,并记录.,图S12-2,五、数据处理 (一)研究热敏电阻的热敏特性 在图S12-3的坐标系中粗略画出热敏电阻的阻值随温度 变化的图线. 实验结论: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,半导体热敏电阻也可以用作温度传感器.,图S12-3,(二)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. 实验结论:光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小. 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.,六、注意事项 1.在做热敏实验时,加开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,温度测量存在误差. 2.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,并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光强度,电阻值改变不明显易造成误差. 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零,测电阻时读数存在误差.,热点一 热敏电阻的理解及应用,例1 2018·全国卷 某实验小组利用如图S12-4甲所示的电路探究在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(6 V,内阻可忽略);电压表V(量程150 mV):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.,实验时,先按图甲连接好电路,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,图甲中R1的滑片应移动到 (选填“a”或“b”)端; (2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线; (3)由图乙可得到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的相应读数如图丙所示,该读数为 ,则手心温度为 .,图S12-4,答案 (1)b (2)如图所示 (3)450 (4)620.0 33.0,解析 (1)在闭合开关前,为了保护电路,滑动变阻器R1的滑片应处在阻值最大位置,故应在b端. (2)将t=60 和t=70 对应的两组数据点画在坐标纸上,然后用平滑曲线过尽可能多的数据点画出R2-t图像. (3)由R2-t曲线可知,当t=44时,RT=450 . (4)图中电阻箱读数为(6×100+2×10+0×1+0×0.1) =620.0 ;根据R2-t曲线可知,当电阻为620.0 时,温度为33.0 .,变式题 2017·江苏卷 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S12-5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15 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.,图S12-5,(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”). (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S12 -6所示的选择开关旋至 (选填“A”“B”“C”或“D”).,图S12-6,(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查.在图中,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 ,答案 (1)E2 R2 (2)C (3)不偏转 偏转 (4),热点二 光敏电阻传感器的应用,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R在不同照度下的阻值如下表:,(1)根据表中数据,请在图S12-7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. (2)如图S12-8所示,当1、2两端所加电压上 升至2 V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1.0 lx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),图S12-7,图S12-8,答案 (1)如图甲所示 光敏电阻的阻值随照度的增大非线性减小 (2)如图乙所示,变式题 一台臭氧发生器P的电阻为10 k,当供电电压等于24 V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3 mA;电源E的电压为36 V,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0.4 A;还有一个开关S和导线若干. 臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图S12-9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(电路图画在虚线框内).,图S12-9,答案如图所示,解析 因变阻器最大阻值100 远小于臭氧发生器P的电阻10 k,应该采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.,热点三 力学传感器的理解及应用,传感器的一般应用模式:由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理.(如图S12-10所示),图S12-10,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S12-11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.,图S12-11,变式题 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S12-12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作用下的电阻值RF.请按要求完成下列问题.,图S12-12,(1)设计一个可以测量处于压力作用下的该压敏电阻阻值的电路,在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所加压力已给出,待测压力大小为0.4×102 N0.8×102 N,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(总阻值约为200 ); C.电流表A(量程02.5 mA,内阻约为30 ); D.电压表V(量程03 V,内阻约为3 k) E.直流电源E(电动势为3 V,内阻很小); F.开关S,导线若干.,(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1.33 mA,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.(结果均保留两位有效数字),1.(多选)2018·聊城模拟 如图S12-13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,图S12-13,答案 ABC,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;路端电压减小,R1两端电压增大,则R2两端电压减小,R2中电流减小,故B正确;干路电流增大,R2中电流减小,则流过小灯泡的电流增大,小灯泡的功率增大,故C正确.,2.如图S12-14所示为某电容传声器结构示意图,膜片和极板组成一个电容器,当人对着传声器讲话时,膜片会振动.若某次膜片振动时,膜片与极板距离减小,则在此过程中( ) A.膜片与极板所组成的电容器的电容变小 B.极板的带电荷量增大 C.膜片与极板间的电场强度变小 D.电阻R中无电流通过,图S12-14,3.(多选)传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件.如图S12-15所示,图乙、图丙中是两种常见的电容式传感器的示意图,现将图乙、图丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏),下列实验现象中正确的是 ( ),图S12-15,A.当乙传感器接入电路进行实验时,若F变小,则电流表指针向右偏转 B.当乙传感器接入电路进行实验时,若F变大,则电流表指针向右偏转 C.当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变大,则电流表指针向左偏转 D.当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变小,则电流表指针向左偏转,4.2016·全国卷 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18 V,Ic约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,在60 时阻值为650.0 . (1)完成图S12-16中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 (选填“R1”或“R2”).,图S12-16,(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 (选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 . 将开关向 (选填“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.,5.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S12-17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(电动势3 V,内阻约为1 ) B.电流表A1(量程00.6 A,内阻r1=5 ) C.电流表A2(量程00.6 A,内阻r21 ) D.定值电阻R0=5 E.开关S,导线若干,图S12-17,(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S12-18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= .,图S12-18,1.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,下列说法错误的是( ) 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.路端电压增大,2.如图所示,由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中,当闭合开关S后,小灯泡正常发光,若用酒精灯加热电阻丝时,发现小灯泡亮度变暗,发生这一现象的主要原因是 ( ) A.小灯泡的电阻发生了变化 B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化 C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化 D.电源的电压随温度发生了变化,3.利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.图甲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010 )、滑动变阻器B(阻值范围0100 )、电动势为6 V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如图丙所示的电路中,已知电流传感器的示数为0.3 A,电源电动势为3 V,则此时小灯泡的电功率为 W,电源的内阻为 .(保留2位有效数字),4.热电传感器利用了热敏电阻对温度变化很敏感的特性.某学习小组的同学拟探究某种类型的热敏电阻的阻值如何随温度变化.从室温升到80 时,所提供的热敏电阻RT的阻值变化范围可能是由5 变到1 或由5 变到45 .除热敏电阻外,可供选用的器材如下: 温度计(测温范围-10100 ); 电流表A1(量程03 A,内阻rA=0.1 ); 电流表A2(量程00.6 A,内阻约为0.2 ); 电压表V1(量程06 V,内阻rV=1.5 k);,电压表V2(量程03 V,内阻约为1 k); 标准电阻(阻值R1=100 ); 滑动变阻器R2(阻值范围05 ); 电源E(电动势3 V,内阻不计); 开关及导线若干. (1)甲同学利用如图所示的电路测量室温下热敏电阻的阻值.要使测量效果最好,应选下列 (选填“A”“B”或“C”)组器材. A.A1和V1 B.A2和V2 C.A1和V2,(2)在测量过程中,随着倒入烧杯中的开水增多,热敏电阻的温度升高到80 时,甲同学发现电流表、电压表的示数几乎都不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变(电路保持安全完好),这说明该热敏电阻的阻值随温度升 高而 (选填“增大”或“减小”). (3)学习小组的同学根据甲同学的实验,建议他在测量较 高温度热敏电阻的阻值时重新设计电路,更换器材.请你 在如图所示的虚线框内完成测量温度为80 时热敏电 阻阻值的实验电路图.,5.如图所示为检测某传感器的电路图,传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 1 A”的字样,电流表的量程为00.6 A,电压表的量程为03 V. (1)根据传感器上的标注,讨论该传感器的电阻和 额定电流; (2)若电路各元件均完好,检测时,为了确保电路各 部分绝对安全,在a、b之间所加电源电压的最大 值是多少?,(3)根据技术资料可知,如果传感器的电阻变化超过1 ,则该传感器就失去了作用.实际检测时,将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间(该电源电压小于上述所求电压的最大值),闭合开关S,通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压.检测记录如下: 若不计检测电路的变化对传感器电阻 的影响.通过计算分析,你认为这个传 感器是否仍可使用?此时a、b间所加 的电压是多少?,6.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S应接在 (选填 “a”或“b”)处. (2)若使启动报警器的温度提高 些,应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“左”或“右”)移动.,