选修3-2：10.实验十一传感器的简单使用【2015《物理复习方略》一轮复习课件沪科版】

1、实 验 十一传感器的简单使用【实验目的【实验目的】1.1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2.2.了解传感器在技术上的简单应用。了解传感器在技术上的简单应用。【实验原理【实验原理】1.1.传感器能够将感受到的物理量传感器能够将感受到的物理量( (力、热、光、声等力、热、光、声等) )转换成便转换成便于测量的量于测量的量( (一般是电学量一般是电学量) )。2.2.工作过程如图：工作过程如图：【实验器材【实验器材】热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、铁架台、烧杯、冷水、热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学

2、生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。等。【实验过程【实验过程】一、研究热敏电阻的热敏特性一、研究热敏电阻的热敏特性1.1.实验步骤：实验步骤：(1)(1)按图示连接好电路按图示连接好电路, ,将热敏电阻绝缘处理。将热敏电阻绝缘处理。(2)(2)将热水和冷水分将热水和冷水分n n次注入烧杯中次注入烧杯中, ,记录每记录每一次温度值和两电表读数。一次温度值和两电表读数。(3)(3)利用利用R= R= 计算出每一次热敏电阻的阻值。计算出每一次热敏电阻的阻值。UI2.2.数据处理：数据处理：(1)(1)根据记录数据根据记录数据, ,把测量到的

3、温度值和电阻值填入表中把测量到的温度值和电阻值填入表中, ,分析分析热敏电阻的特性。热敏电阻的特性。次数次数待测量待测量温度温度/电阻电阻/(2)(2)在坐标系中在坐标系中, ,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。(3)(3)根据根据R-tR-t图线图线, ,得出结论得出结论( (热敏电阻的阻值随温度的升高而减热敏电阻的阻值随温度的升高而减小小) )。二、研究光敏电阻的光敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性1.1.实验步骤：实验步骤：(1)(1)将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好阻器按如图所示

4、电路连接好, ,并将多用电表置并将多用电表置于于“100”100”挡挡; ;(2)(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值, ,并记录数据并记录数据; ;(3)(3)打开电源打开电源, ,让小灯泡发光让小灯泡发光, ,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮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观察表盘指针显示电阻阻值的情况, ,并记录并记录; ;(4)(4)用手掌用手掌( (或黑纸或黑纸) )遮光遮光, ,观察表盘指针显示电阻阻值的情况观察表盘指针显示电阻阻值的情况, ,并记录。并记录。2.2.数据处理：把记录的结果填入表中数据处理

5、：把记录的结果填入表中, ,根据记录数据分析光敏根据记录数据分析光敏电阻的特性。电阻的特性。结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化, ,光照增强电阻变光照增强电阻变小小, ,光照减弱电阻变大。光照减弱电阻变大。光照强度光照强度弱弱中中强强无光照射无光照射阻值阻值/【注意事项【注意事项】1.1.在做热敏电阻实验时在做热敏电阻实验时, ,加开水后要等一会儿再测其阻值加开水后要等一会儿再测其阻值, ,以使以使电阻温度与水的温度相同电阻温度与水的温度相同, ,并同时读出水温和电阻值。并同时读出水温和电阻值。2.2.光敏电阻实验中光敏电阻实验中, ,如果效果不明显如

6、果效果不明显, ,可将电阻部分电路放入带可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中盖的纸盒中, ,并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。度。3.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。欧姆表每次换挡后都要重新调零。【实验改进【实验改进】对于热敏电阻的特性对于热敏电阻的特性, ,可用以下实验进行：可用以下实验进行：如图所示如图所示, ,将多用电表的选择开关置于将多用电表的选择开关置于“欧姆欧姆”挡挡, ,再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻电阻R RT T的两端相连的两端相连, ,这时表针指在某一刻度这时表针指在某一刻度,

7、 ,观观察下述操作下的指针偏转情况：察下述操作下的指针偏转情况：1.1.往往R RT T上擦一些酒精。上擦一些酒精。2.2.用吹风机将热风吹向电阻用吹风机将热风吹向电阻R RT T。根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性。根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性。实验分析：实验分析：1 1中指针左偏中指针左偏, ,说明说明R RT T的阻值增大。酒精蒸发吸热的阻值增大。酒精蒸发吸热, ,温度降低温度降低, ,所所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大。以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大。2 2中指针右偏中指针右偏, ,说明说明R RT T的阻值减小。电阻的阻值减小。电阻R RT T温度升高温度升高, ,故热

8、敏电阻故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。的阻值随温度的升高而减小。优点：改进后的实验简单易操作优点：改进后的实验简单易操作, ,能很快得出结论。能很快得出结论。热点热点1 1 热敏电阻的实际应用热敏电阻的实际应用【典题【典题1 1】(2010(2010全国卷全国卷)如图如图, ,一热敏电阻一热敏电阻R RT T放在控温容器放在控温容器M M内内; ;为毫安表为毫安表, ,量程量程6 mA6 mA, ,内阻为数十欧姆内阻为数十欧姆;E;E为直流电源为直流电源, ,电动电动势约为势约为3 V,3 V,内阻很小内阻很小;R;R为电阻箱为电阻箱, ,最大阻值为最大阻值为999.9;S999.9;S为

9、开关。为开关。已知已知R RT T在在9595时的阻值为时的阻值为150,150,在在2020时的阻值约为时的阻值约为550550。现要求在降温过程中测量在现要求在降温过程中测量在95952020之间的多个温度下之间的多个温度下R RT T的阻的阻值。值。(1)(1)在图中画出连线在图中画出连线, ,完成实验原理电路图。完成实验原理电路图。(2)(2)完成下列实验步骤中的填空。完成下列实验步骤中的填空。依照实验原理电路图连线。依照实验原理电路图连线。调节控温容器调节控温容器M M内的温度内的温度, ,使得使得R RT T温度为温度为9595。将电阻箱调到适当的阻值将电阻箱调到适当的阻值, ,以

10、保证仪器安全。以保证仪器安全。闭合开关。调节电阻箱闭合开关。调节电阻箱, ,记录电流表的示数记录电流表的示数I I0 0, ,并记录并记录。将将R RT T的温度降为的温度降为T T1 1(20T(20T1 195);95);调节电阻箱调节电阻箱, ,使得电流表使得电流表的读数的读数, ,记录记录。温度为温度为T T1 1时热敏电阻的电阻值时热敏电阻的电阻值R RT1T1= =。逐步降低逐步降低T T1 1的数值的数值, ,直至直至2020为止为止; ;在每一温度下重复步骤在每一温度下重复步骤。【解题探究【解题探究】实验只有一个可以用来测量或观察的电流表实验只有一个可以用来测量或观察的电流表,

11、 ,如如何根据题目给出的条件和器材测出不同温度下何根据题目给出的条件和器材测出不同温度下R RT T的阻值的阻值? ?提示：提示：可以用可以用“替代法替代法”, ,用电流表观察。将用电流表观察。将R RT T、R R和电流表串和电流表串联形成测量电路联形成测量电路, ,因为因为9595和和2020时的阻值是已知的时的阻值是已知的, ,如果实验如果实验初始温度是初始温度是9595或或20,20,那么在任意温度下那么在任意温度下, ,通过调节通过调节R R均可使均可使该温度下的电流和初始电路的电流相同该温度下的电流和初始电路的电流相同, ,说明两个状态下电路说明两个状态下电路总电阻相同总电阻相同,

12、 ,那么可以根据初始电路的总电阻和该状态下那么可以根据初始电路的总电阻和该状态下R R的阻的阻值求出值求出R RT T的阻值。的阻值。【解析【解析】(1)(1)根据所给器材根据所给器材, ,要测量在不同温度下要测量在不同温度下R RT T的阻值的阻值, ,只只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路, ,如如图所示。图所示。(2)(2)依照实验原理电路图连线依照实验原理电路图连线; ;调节控温容器调节控温容器M M内的温度内的温度, ,使得使得R RT T温度为温度为95,95,此时此时R RT T阻值为阻值为150,150,将电阻箱

13、调到适当的阻值将电阻箱调到适当的阻值, ,以保证仪器安全以保证仪器安全; ;闭合开关闭合开关, ,调节电阻箱调节电阻箱, ,记录毫安表的示数记录毫安表的示数I I0 0, ,并记录电阻箱的读数并记录电阻箱的读数R R0 0, ,根据欧姆定律有：根据欧姆定律有： 将将R RT T的温度降为的温度降为T T1 1(20T(20T1 195);95);调节电阻箱调节电阻箱, ,使得毫安表的读数使得毫安表的读数仍为仍为I I0 0, ,记录电阻箱的读数为记录电阻箱的读数为R R1 1, ,根据欧姆定律：根据欧姆定律：则：则：解得：解得：R RT1T1=R=R0 0-R-R1 1+150+150。00E

14、IR150；01T1EIRR，01T1EER150RR，答案：答案：(1)(1)见解析见解析(2)(2)电阻箱的读数电阻箱的读数R R0 0仍为仍为I I0 0电阻箱的读数为电阻箱的读数为R R1 1R R0 0-R-R1 1+150+150热点热点2 2 光敏电阻传感器的应用光敏电阻传感器的应用【典题【典题2 2】为了节能和环保为了节能和环保, ,一些公共场所使用光控开关控制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, ,光敏电阻是阻值光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件随着光的照度而发生变化的元件( (照度可以反映光的强弱

15、照度可以反映光的强弱, ,光光越强照度越大越强照度越大, ,照度单位为照度单位为lx)lx)。某光敏电阻。某光敏电阻R RP P在不同照度下的在不同照度下的阻值如下表：阻值如下表：照度照度/lx/lx0.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2电阻电阻/k/k757540402828232320201818(1)(1)根据表中数据根据表中数据, ,请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线阻值随照度变化的曲线, ,并说明阻值随照度变化的特点。并说明阻值随照度变化的特点。甲甲 (2)(2)如图乙所示如图乙所示, ,当当

16、1 1、2 2两端所加电压上升至两端所加电压上升至2V2V时时, ,控制开关自控制开关自动启动照明系统动启动照明系统, ,请利用下列器材设计一个简单电路。给请利用下列器材设计一个简单电路。给1 1、2 2两端提供电压两端提供电压, ,要求当天色渐暗照度降低至要求当天色渐暗照度降低至1.0lx1.0lx时启动照明时启动照明系统系统, ,在虚线框内完成电路原理图。在虚线框内完成电路原理图。( (不考虑控制开关对所设不考虑控制开关对所设计电路的影响计电路的影响) )乙乙 提供的器材如下：提供的器材如下：光敏电阻光敏电阻R RP P( (符号符号 , ,阻值见图表阻值见图表) )直流电源直流电源E(E

17、(电动势电动势3V,3V,内阻不计内阻不计););定值电阻：定值电阻：R R1 1=10k,R=10k,R2 2=20k,R=20k,R3 3=40k(=40k(限选其中之一并在限选其中之一并在图中标出图中标出););开关开关S S及导线若干。及导线若干。【解题探究【解题探究】(1)(1)当照度降低至当照度降低至1.0lx1.0lx时时, ,光敏电阻的阻值如何确定光敏电阻的阻值如何确定? ?阻值为阻值为多少多少? ?提示：提示：由题干中表格数据可得阻值为由题干中表格数据可得阻值为20k20k。(2)(2)如何使光敏电阻两端的电压达到如何使光敏电阻两端的电压达到2V?2V?提示：提示：依据串联电路的分压原理依据串联电路的分压原理, ,串联一个合适的分压电阻。串联一个合适的分压电阻。【解析【解析】(1)(1)根据表中的数据根据表中的数据, ,在坐标纸上描点连线在坐标纸上描点连线, ,得到如图得到如图所示的变化曲线。所示的变化曲线。阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。非线性减小。(2)(2)因天色渐暗照度降低至因天色渐暗照度降低至1.0l