实验十三传感器的简单应用-2021高中物理一轮复习学案

1、实验十三 传感器的简单应用ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知识梳理 自测巩固一、实验目的1知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用。2能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特征。3了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案。二、实验原理传感器是将它所感受到的物理量 （如力、热、光、声等 ）转换成便于测量的量 （一般是电学 量）的一类元件。例如：热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号；光电传感器是 利用光敏电阻将光信号转换成电信号， 转换后的信号经过相应的仪器进行处理， 就可达到自 动控制等各种目的。三、实验器材铁架台，温度计，多用电表，烧杯，开水（可装

2、在热水瓶内 ），冷水，热敏电阻，光敏电阻，导线，纸带，光电计数器，钩码。四、实验步骤1热敏电阻特性实验：如图所示。在烧杯内倒入少量冷水，放在铁架台上，将悬挂在铁架台上的温度计放入水中。将多用电表的选择开关置于“ _欧姆 _”挡，将两支表笔短接， 调零后再将两支表笔 分别与热敏电阻的两个输出端相连。将热敏电阻放入烧杯内的水中， 在欧姆挡上选择合适的倍率， 再重新 _调零 _，把两 支表笔接到热敏电阻两输出端，观察表盘指示的热敏电阻的阻值，填入表格内。实验记录：实验次数123456温度/电阻/分几次向烧杯内倒入开水，观察不同温度时热敏电阻的阻值，记录在表格内。通过比较这些测得的数据，看看热敏电阻的

3、阻值是怎样随温度变化的。将多用电表的选择开关置于 _交流电压最高 _挡或“ _OFF_ ”挡，拆开装置， 将器 材按原样整理好。2光敏电阻特性实验：如图所示。将多用电表的选择开关置于欧姆挡，选择合适的倍率，将两支表笔短接后调零。把多用电表的两支表笔接到光敏电阻的两个输出端，观察表盘指示的光敏电阻的阻 值，记录下来。将手张开放在光敏电阻的上方， 挡住照到光敏电阻上的部分光线， 观察表盘所示光敏 电阻阻值的变化，记录下来。上下移动手掌，观察光敏电阻阻值的变化。将多用电表的选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡，拆开装置，将器材按原样整理好。3光电计数的基本原理 将钩码放在纸带上，如图所示。拖动纸

4、带向前运动，观察光电计数器上的数字变化。4简单自动控制实验 请同学们自己设计一个由热敏电阻或光敏电阻作为传感器的简单自动控制实验。五、注意事项1在做热敏实验时，加开水后要等一会再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同， 并同时读出水温。2可用图象描出电阻随温度的变化图象来分析其规律。3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 小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。4光电计数器是比较精密的仪器，使用过程中注意轻拿轻放。HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO 核心考点 重点突破考点一 热敏电阻的原理及应用金属热电阻和热敏电阻金属的电阻率随温度的升

5、高而增大， 用金属丝可以制作温度传感器， 称为热电阻。 与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而增强，故可以用半导体材料制成热敏电 阻。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。例 1 （2019 山东滨州期末 ）某同学通过实验制作一简易温控开关， 实验原理图 如图所示，当继电器电流超过 10 mA 时，衔铁吸合，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/ 199.5145.4108.181.862.949.7（1）提供的实验器材如下：电源 E1（2.5

6、 V ，内阻不计 ）；电源 E2（6 V ，内阻不计 ） ； 滑动变阻器 R1（0 20 ；）滑动变阻器 R2（0 200 ；）热敏电阻 Rt；电阻箱 （0999.9 ）；开关 S，导线若干。为使该装置实验对 30 80 之间任意温度的控制，电源应选 _E1_（填“E1”或“E2”；） 滑动变阻器应选 _R2_（填“R1”或 “R2”。）（2）欲使热敏电阻为 40 时衔铁吸合，下列操作步骤正确的顺序是_A_ 。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，用变阻箱替换热敏电阻，将变阻箱电阻调至 145.4 A B CD 解析 本

7、题考查简易温控开关的实验原理。（1）为使该装置实验对 30 80 之间任意温度的控制， 滑动变阻器的最大阻值必定大 于热敏电阻的电阻变化，故 R150 ，故滑动变阻器应选用 R2；继电器电阻 r 20 ，电路 中的 电 流 I E ，要 使电路能 实现任意 温度的控制， 当热敏电 阻最大时， 10 rRtR mA220 10 mA2.2 V，若选电源 E2，则电路最小电流大于 10 mA，不能实现温控，则电源应选 E1。欲使热敏电阻为 40 时衔铁吸合，先将热敏电阻用与热敏电阻 40 时电阻的等值 电阻箱替换，然后调节滑动变阻器使衔铁吸合，然后断开开关，换回热敏电阻即可，故操作 步骤顺序为，

8、A 正确， B、C、 D 错误。考点二 光敏电阻的原理及应用 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大。例 2 (2020 湖南常德模拟 )光敏电阻是阻值随着光照度的变化而发生变化的元件 (照度的大小可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻 R的阻值随照度变化的曲线如图甲所示。如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路所需元件。利用直流电源给电磁铁供电，利用 220 V 交流电源给路灯供电。 为达到天亮灯熄、 天暗灯亮的效果， 请用笔画线代替导线， 正确连接电路元件。答案用多用电表电阻 100 挡，测量图中电磁铁线圈电阻时， 指针偏转角度太大， 为了

9、更 准确地测量其阻值， 接下来应选用电阻 _10_(填“ 1 k”或“ 10”)挡，进行欧姆调零后重新测量其示数如图丙所示，则线圈的电阻为140_ 。（3）已知当线圈中的电流大于或等于2 mA 时，继电器的衔铁将被吸合。 图中直流电源的电动势 E6 V ，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1（010 、）R2（0200）、R3（01 750 ）。要求天色渐暗照度降低至0.92 lx 时点亮路灯，滑动变阻器应选择_R3_（填“R1”R“2”或“R3”。）为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地_减小 _（填“增大”或“减小” ）滑动电阻器的电阻。解析 （1）光敏电阻的电阻值随光照强度的增大

10、而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，电路中的电流值大，电磁铁将被吸住；静触点与 C 接通；晚上时的光线暗，光敏电阻 的电阻值大，电路中的电流值小，所以静触点与B接通，所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯应接在 AB 之间，电路图如图；（2）用多用电表“100”挡，测量图中电磁铁线圈电阻时，指针偏转角度太大，说 明电阻较小，换用小量程挡位， 接下来应选用“10”挡，进行欧姆调零后重新测量， 欧 姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“ 10 ”，所以电阻值是 1410140 ；（3）天色渐暗照度降低至 1.0 lx 时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是 2 k，电路

11、中的 E6电流是 2 mA，REIR 光26103 2 000 1 000 ，所以要选择滑动变阻器 R3；由 于光变暗时，光敏电阻变大，分的电压变大， 所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减 小滑动变阻器的电阻。考点三 压力传感器的应用例 3 （2019江西师范大学附属中学期末 ）某兴趣小组利用压敏电阻 （压敏电阻 的阻值 R 随所受压力的增大而减小 ）设计了判断电梯运动状态的装置，示意图如图甲所示。将压敏电阻 B 平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体A，电梯静止时电压表示数为U0，电梯在某次运动过程中，电压表的示数变化情况如图乙所示，下列判断中正确的是(C)A 0 t1内电梯可能匀加速

12、上升 Bt1t2内电梯可能匀速上升 Ct1t2内电梯可能匀减速上升 Dt2t3内电梯可能匀减速下降解析 本题考查利用压敏电阻判断电梯运动情况。电梯静止时电压表示数为U0,0t1内，电压表读数大于 U0且不断增大，故压敏电阻 B的阻值不断增大，其所受压力小于 A 的 重力且不断减小，物块 A 处于失重状态，电梯的加速度向下且不断增大，电梯不可能匀加 速上升， A 错误；t1t2内电压表读数大于 U0且保持不变， 故压敏电阻 B 的阻值不变且大于 静止时的阻值，其所受压力小于 A 的重力且保持不变，物块 A 处于失重状态，电梯的加速 度向下，电梯可能匀减速上升或匀加速下降，B 错误， C 正确；

13、t2t3 内电压表读数大于 U0且减小，故压敏电阻 B 的阻值不断减小，其所受压力小于 A 的重力且不断增大，物块 A 处 于失重状态，电梯的加速度向下且不断减小，电梯不可能匀减速下降， D 错误。2 NIAN GAO KAO MO NI XUN LIAN2 年高考 模拟训练1(2019 山东日照月考 )下图为火灾报警器， 在会议室、 宾馆房间的天花板上均有安装。当有烟雾进入这种有孔的罩内时，报警器立即发出警报，则该报警器中装有的传感器是(A)A光传感器C声音传感器A 项正B压力传感器D温度传感器解析 烟雾进入这种有孔的罩内时对光有散射作用，使光线的光路发生变化，改变传感器上的光照强度使报警器

14、发出警报，则该报警器中装有的传感器是光传感器。故(1)请根据上表数据在图乙中描绘出“R气体酒精浓度”的关系曲线。确。2(2019 山西质检 )(多选)如图所示， R 是一个光敏电阻， 其阻值随光照强度的增加而减 小，理想变压器原、副线圈的匝数比为10 1，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压， 其瞬时值表达式为 u1220 2sin 110 t(V) ，则( BD )A 电压表的示数为 22 2 VB在天逐渐变黑的过程中，电流表 A2 的示数变小C在天逐渐变黑的过程中，电流表 A1 的示数变大 D在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变小解析 本题考查理想变

15、压器、光敏电阻电路及其相关知识点。原线圈两端电压的最大 值为 220 2 V ，根据理想变压器电压之比等于线圈匝数之比可知，副线圈两端电压的最大 值为 22 2 V ，电压表的示数为电压的有效值， 所以示数为 UV22 2 V22 V，故 A 错误； 在天变黑的过程中，光照变弱， R 阻值增大，电路的总电阻增大，由于输出电压不变，所以 副线圈所在电路电流变小，电流表 A2 的示数变小，故 B 正确；由于理想变压器的输入和输 出功率是相等的，副线圈的电流减小，电压不变，所以由P UI 可知，输出功率减小，故输入功率也减小，因输入电压不变，故原线圈所在电路电流变小，故 C 错误， D 正确。3 (

16、2019 广东佛山质检 )国家有关酒驾的裁量标准如下表。驾驶员血液 酒精含量 20 mg/100 mL ，80 mg/100 mL 80 mg/100 mL行为定性饮酒驾驶醉酒驾驶酒精检测仪是交警执法时通过呼气来检测司机饮酒多少的检测工具， 如图甲所示。 现有一个酒精检测仪的主要元件“酒精气体传感器”，其阻值随气体酒精浓度变化的情况如下 表。R/ 6040302010气体酒精浓度 /(mg/ m3)05090140360V，答案 见解析(2)已知人体血液酒精浓度是所呼出气体酒精浓度的2 200 倍。若某司机经过气体酒精浓度测试，显示呼气酒精浓度为 120 mg/m3，则该司机应该是属于 _饮酒_驾驶，此时 R的阻 值为_24(2226 均可)_。现有器材：电源 E，电动势为 4.5 V ，内阻约为 1 ；电压表 V，量程为 03 V，内 阻约为 2 000 ；电流表 A，量程为 03 A ，内阻约为 5 ；滑动变阻器 R1，阻值 050 ； 滑动变阻器 R2，阻值 0 500 ；开关、导线若干。若要用以上器材和“酒精气体传感器” 组成一个测定气体酒精浓度的电路， 该电路只使用一个电表， 且正常工作时， 被测气体酒精 浓度若为 0，则电表指针满偏，且该电路可以在电源老化，内阻变大的情况下，通过调节变 阻器，保证被测气体酒精浓度为 0 时，电表指针仍能满偏。 则该电路应选