实验十二--传感器的简单使用课件

1、实验十二传感器的简单使用【实验目的】1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。2.了解传感器在技术上的简单应用。【实验原理】1.传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。2.工作过程如图:【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、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。【实验过程】一、研究热敏电阻的热敏特性1.实验步骤:(1)按图示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。(2)将热水和冷水分n次注入烧杯中,记录每一次温度值和两电表读数。(3)利用R= 计算出每一次热敏电阻的阻值。2.数据处理:(1)根据记录数据,

2、把测量到的温度值和电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。次数待测量温度/电阻/(2)在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。 (3)根据R-t图线,得出结论(热敏电阻的阻值随温度的升高而减小)。二、研究光敏电阻的光敏特性1.实验步骤:(1)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,并将多用电表置于“100”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)打开电源,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,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。2.数据处理:把记录的结果填入

3、表中,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。光照强度弱中强无光照射阻值/【注意事项】1.在做热敏电阻实验时,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、电压和电流值。2.光敏电阻实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度。3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。热点一对实验原理和数据处理的考查【典例1】(2018洛阳模拟)如图所示,图甲为热敏电阻的R-t图象,图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路,继电器线圈的电阻为150

4、。当线圈中的电流大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E=6 V,内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。世纪金榜导学号04450247(1)应该把恒温箱内的加热器接在_(选填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ,可变电阻R的值应调节为_。(3)为使恒温箱内的温度保持在更高的数值,可变电阻R的值应_(选填“增大”或“减小”)。【解题指导】解答本题应注意以下两点:(1)弄懂实验原理:加热器应接在A、B端还是C、D端需从其原理出发,当温度低的时候,加热器要工作进行加热,加热器电路应接通。(2)挖掘隐含条件:要使恒温箱内

5、的温度保持 100 ,也就是当温度达到100 时,电路要断开,此时流过线圈的电流要达到20 mA,结合热敏电阻的R-t图象,根据闭合电路欧姆定律即可求得电阻的大小。【规范解答】(1)当温度较低的时候,热敏电阻的电阻较大,电路中的电流较小,此时继电器的衔铁与AB部分连接,此时是需要加热的,恒温箱内的加热器要工作,所以该把恒温箱内的加热器接在A、B 端。(2)当温度达到100 时,加热电路就要断开,此时继电器的衔铁要被吸合,即控制电路的电流要到达20 mA,根据闭合电路欧姆定律可得,I= ,解得 R=100 。(3)由上可知,若恒温箱内的温度保持在更高的数值,则可变电阻R的值应增大,会导致R电阻变

6、小,从而实现目标。答案:(1)A、B端(2)100(3)增大【强化训练】1.(2018运城模拟)角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度,其结构如图所示。当系统绕轴OO转动时,元件A发生位移并输出相应的电压信号,成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k、自然长度为l,电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,系统静止时P在B点,当系统以角速度转动时,则()A.电路中电流随角速度的增大而增大B.电路中电流随角速度的减小而减小C.弹簧的伸长量为x= D.输出电压U与的函数式为U= 【解析】选D。系统在水平面内以角速度转动时,无论角速度增大还

7、是减小,BC的电阻不变,根据闭合电路欧姆定律得知,电路中电流保持不变,与角速度无关,故A、B项错误;设系统在水平面内以角速度转动时,弹簧伸长的长度为x,则对元件A,根据牛顿第二定律得:kx=m2(l+x),x= ,又输出电压U= E,联立两式得U= ,故C项错误,D项正确。2.(2018三明模拟)如图所示是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图,它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。(1)示意图中,a端就是电源_极。(2)光控继电器的原理是:当光照射光电管时,_。【解析】(1)示意图中,a端就是电源正极。(2)光控继电器的原理是:当光照射光电管时,阴极K发射电子,电路

8、中产生电流,经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化,将衔铁N吸住;无光照射光电管时,电路中无电流,N自动离开M。答案:(1)正(2)见解析3.(2018大庆模拟)如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧,电源的电动势为E,不计内阻,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为L,系统静止时,滑动触头位于滑动变阻器正中,这时电压表指针恰好在刻度盘正中。(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式为_。(2)若电压表指针指在满刻度的 位置,此时系统的加速度大小为_和方向向_(选填“左”或“右”)。【解析】(1)当振子向左偏离变阻器中间位置x距离时,对振子,根据

9、牛顿第二定律得:2kx=ma,根据欧姆定律和串联电路分压特点得:U= E,联立得:a= (E-2U)。(2)由加速度的表达式可知,a与U是线性关系,所以加速度仪的刻度盘是均匀的,当变阻器触片滑到最右端时电压表的读数等于电源的电动势E,得到电压表指针指在满刻度的 位置时电压值为U= E。代入到加速度a的表达式得:a=- ,负号表示方向向左。答案:(1)a= (E-2U)(2) 左【反思归纳】1.热敏、光敏电阻的特点和应用:(1)热敏电阻的特点:相对金属热电阻,对温度变化更敏感。分为正温度系数和负温度系数两种热敏电阻,正温度系数的热敏电阻,温度越高,电阻越大;负温度系数的热敏电阻,温度越高,电阻越

10、小。(2)光敏电阻的特点:光敏电阻的电阻大小随光照的增强而减小。(3)热敏、光敏电阻的应用:热敏、光敏电阻一般用来控制电流、电压,所以可以根据电压或电流计算热敏、光敏电阻的阻值,结合热敏、光敏电阻的阻值随温度、光强变化的曲线分析温度、光强。2.作图及图象的分析:(1)描绘图象时,若规律不明确,应描绘平滑的曲线;若确定为线性关系的图象,应描绘直线,让直线过尽量多的点,不在直线上的点均匀分布直线两侧。(2)利用图象时,可利用图象上某点的坐标分析问题,也可应用线性图象的斜率、截距分析问题。热点二对电路图和实物图连接的考查【典例2】(2018济南模拟)光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光

11、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RP在不同照度下的阻值如表:世纪金榜导学号04450248照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/k754028232018(1)根据表中数据,请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线。(2)光敏电阻随照度变化的特点是_。(3)如图所示,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。直流电源电动势E=3 V,内阻不计;光敏电阻RP(符号 ,阻值见表格);定值电阻R1=10 k。求当天色渐暗照度降低至_lx时启动照明系统。并将电路图补充完整。(不考虑控制开关对所设计电路的影响

12、)【规范解答】(1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点,然后根据描出的点作出图象,图象如图所示。(2)由(1)图可以看出,光敏电阻的电阻阻值随照度变化的特点是:光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。(3)由题意,启动照明系统时,电源电动势为3 V,分压电阻两端的电压是1 V,分压电阻阻值为10 k,所以此时光敏电阻两端电压为2 V,由串联电路的分压特点得: ,则RP=2R1=210 k=20 k。由表格中的数据可知,当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统,即此时光敏电阻阻值为20 k,两端电压为2 V,会启动照明系统。答案:(1)见规范解答图(2)光敏电阻的阻值随光照强度的增大

13、非线性减小(3)1.0电路图见规范解答【强化训练】1.(1)为了测定光敏电阻Rx的光敏特性,某同学使用多用表“100”的欧姆挡测其在正常光照下的大致电阻,示数如图甲所示,则所测得的阻值Rx=_。(2)为了比较光敏电阻在正常光照射和强光照射时电阻的大小关系,采用伏安法测电阻得出两种“U-I”图线如图乙所示,由此可知正常光照射时光敏电阻阻值为_,强光照射时光敏电阻阻值为_。(3)考虑到电表内阻对实验结果的影响,图丙电路中测量值_(选填“大于”“小于”或“等于”)真实值,请根据图丙将图丁中的仪器连接成完整实验电路。【解析】(1)所测得的阻值Rx=32100 =3 200 。(2)正常光照射时光敏电阻

14、阻值为R1= =3 000 ;强光照射时光敏电阻阻值为R2= =200 。(3)根据R测= =R真,图丙电路中测量值小于真实值;实验电路如图所示。答案:(1)3 200(2)3 000200(3)小于实物图见解析图2.(2018开封模拟)如图甲所示是一种常用的力传感器,它是利用金属电阻应变片将力的大小转换为电阻大小变化的传感器。常用的力传感器由金属梁和应变片组成,且力F越大,应变片弯曲程度越大,应变片的电阻变化就越大,输出的电压差U=|U1-U2|也就越大。已知传感器不受压力时的电阻约为19 ,为了准确地测量该阻值,设计了以下实验,实验原理图如图乙所示。实验室提供以下器材:A.定值电阻R0(R

15、0=5 )B.滑动变阻器(阻值为2 ,额定功率为50 W)C.电流表A1(0.6 A,内阻r1=1 )D.电流表A2(0.6 A,内阻r2约为5 )E.直流电源E1(电动势3 V,内阻约为1 )F.直流电源E2(电动势6 V,内阻约为2 )G.开关S及导线若干(1)当金属梁没有受到压力时,两应变片的电阻相等,通过两应变片的电流相等,则输出的电压差U_(选填“大于零”“小于零”或“等于零”)。(2)图乙中、为电流表,其中电流表选_(选填“A1”或“A2”),电源选_(选填“E1”或“E2”)。(3)在供电电路中滑动变阻器有两种连接方式:一种是限流式,另一种是分压式,本实验应选择的方式为_。(4)

16、在图丙中,将原电路B、C间导线断开,并将滑动变阻器与原设计的电路A、B、C端的一些端点连接,调节滑动变阻器,测量多组数据,从而使实验结果更准确,请在图丙中正确连接电路。(5)结合上述实验步骤可以得出电阻的表达式为_(两电流表的电流分别用I1、I2表示)。【解析】(1)当金属梁没有受到压力时,两应变片的电阻相等,通过两应变片的电流相等, U1、U2相等,则输出的电压差等于零。(2)图中要当电压表使用,因此内阻已知,选用电流表A1;压力传感器与A1并联后总电阻约为1 。除电源内阻,回路总电阻约为R0+r2+1 =11 ,电流表的满偏电流都为0.6 A,因此电源电压需要接近于6.6 V,选电源E2。

17、(3)滑动变阻器的总阻值约为待测电阻的 ,用限流式时,电流变化范围太小,因此滑动变阻器接成分压式。(4)将原电路B、C间导线断开,A、B两端接全阻值,C端接在变阻器的滑动端,如图所示: (5)由电路图知,通过待测电阻的电流为I2-I1,加在待测电阻两端的电压为I1r,故待测电阻为 。答案:(1)等于零(2)A1E2(3)分压式(4)电路见解析图(5) 【反思归纳】画电路图、连实物图注意事项(1)画电路图时要用直尺画,画成长方形,元件不画在拐角上,尽量画成标准的串联或并联电路,除开关外其余部分应是封闭的。(2)连实物图时按电路图的顺序,从电源开始;连线不交叉,不连在导线中间,应连在接线柱上;注意

18、电表的正、负接线柱及量程的选取;滑动变阻器的接线应合理选用,使其处于有效的控制状态。热点三实验拓展与创新【典例3】(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1 000 ),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 ),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

19、的阻值随温度升高而减小,在60 时阻值为650.0 。世纪金榜导学号04450249(1)完成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”)。(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。【创新方向分析】(1)利用热敏电阻控制电路,使之成为温度报警系统。在设置报警温度

20、时,借助于电阻箱进行电阻设置,使之达到报警的温度。(2)可以设计成可调温度的报警器。【规范解答】(1)电路连接如图所示(2)据R= -Rt=1 800 -650 =1 150 ,可知电路中应选用滑动变阻器R2。(3)调试时将电阻箱调到热敏电阻在60 时的阻值,即650.0 ,滑动变阻器的滑片应置于阻值最大处,即b端附近,若置于另一端,则流过报警器的电流超过20 mA,报警器可能损坏。开关向c端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警,调试完成。答案:(1)见规范解答(2)R2(3)650.0b若置于另一端则流过报警器的电流超过20 mA,报警器可能损坏c报警器开始报警【强化训练】1.

21、(2017江苏高考)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。继电器的电阻约为20 ,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如表所示。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

22、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

23、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)要想控制30 时的情况,此时热敏电阻的阻值约为200 ,需要的最小电动势E=0.015(200+20)V=3.3 V;因为还要考虑滑动变阻器的阻值,因此3 V的电源电动势太小,应选择6 V的电源E2;要想控制80 时的情况,电路中最小电阻Rmin= =400 ,滑动变阻器接入电阻R滑=400 -49.1 -20 =330.9 ,故应选择滑动变阻器R2。(2)要想测量电压,应将旋钮旋至直流电压挡位上,因电动势为6 V,故应选择10 V量程,故旋至C点。(3)若只有

24、b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时电表与电源不连接,因此指针不偏转;而接入a、c时,电表与电源直接连接,故指针发生偏转。(4)要使50 时衔铁被吸合,由表格数据可以知道,电阻为108.1 ;应先用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 ;再合上开关,调节滑动变阻器的阻值,直到观察到继电器的衔铁被吸合;此时再断开开关将电阻箱取下,接入热敏电阻即可实现实验目的;故步骤为。答案:(1)E2R2(2)C(3)不偏转偏转(4)2.小明在观看了宾馆等处的光电烟雾探测器(如图甲所示)后,自己设计了一只“火灾报警器”。该报警器由“控制电路”和“工作电路”所组成,其中“控制电路”由光敏电阻R、电磁铁(线圈阻值R0=15 )、电源U=6 V、开关等组成;“工作电路”由工作电源、电铃、导线等组成,其中工作电压为220 V,报警器工作时电路中的电流为0.3 A。小明的设计思想:当光敏电阻接收到的光照减弱到一定程度时,工作电路接通,电铃报警。已知该光敏电阻的阻值R与光强E之间的一组实验数据如表所示:(“光强”表示光强弱的程度,符号为E,单位为cd。)光强E/cd1.02.03.04.05.06.0光敏电阻R/36.018.012.09.0_6.0(1)小明分析如表数据并归纳出光敏电阻的阻值R随光强E变化的关系式为R= ,试填写表格空格处的数据为_。(2)闭合开关S,如果当线圈中的电流大于或等于250