世纪金榜2018版复习方略物理课件实验十二

试验十二传感器的简洁运用【试验目的】1.相识热敏电阻、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洁应用。【试验原理】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:【试验器材】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。【试验过程】一、探讨热敏电阻的热敏特性1.试验步骤:(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)依据记录数据,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/Ω(2)在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变更的图线。(3)依据R-t图线,得出结论(热敏电阻的阻值随温度的上升而减小)。二、探讨光敏电阻的光敏特性1.试验步骤:(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,调整小灯泡的亮度使之渐渐变亮,视察表盘指针显示电阻阻值的状况,并记录。(4)用手掌(或黑纸)遮光,视察表盘指针显示电阻阻值的状况,并记录。2.数据处理:把记录的结果填入表中,依据记录数据分析光敏电阻的特性。光照强度弱中强无光照射阻值/Ω结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变更,光照增加电阻变小,光照减弱电阻变大。【留意事项】1.在做热敏电阻试验时,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,并同时读出水和顺电压、电流值。2.光敏电阻试验中,假如效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上小孔变更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。热点一热敏电阻的原理及应用【典例1】热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,现用伏安法探讨电阻在不同温度下的伏安特性曲线,要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值为4～5Ω。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中,杯内有确定量的冷水,其他备用的仪表和器具有:盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1Ω)、直流电压表(内阻约5kΩ)、滑动变阻器(0～20Ω)、开关、导线若干。世纪金榜导学号42722247(1)在图甲中画出试验电路图。(2)依据电路图,在图乙所示的实物图上连线。(3)简要写出完成接线后的主要试验步骤。【解题指导】(1)命题立意:该题利用伏安法来探究热敏电阻与温度的关系,考查了伏安法测电阻的方法和热敏电阻的特点。(2)解题关键:电路设计时要留意两个微小环节:①电流表是内接还是外接;②滑动变阻器是接受分压式还是限流式接法。【解析】常温下待测热敏电阻的阻值(4～5Ω)较小,应当选用电流表外接法。热敏电阻的阻值随温度的上升而减小,热敏电阻两端的电压由零渐渐增大,滑动变阻器选用分压式。(1)试验电路如图甲所示。(2)依据电路图,连接实物图如图乙所示。(3)完成接线后的主要试验步骤:①往保温杯里加一些热水,待温度稳定时读出温度计值;②调整滑动变阻器,快速测出几组电压表和电流表的值;③重复步骤①和②,测量不同温度下的数据;④绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线。答案:见解析【强化训练】1.(多选)如图所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明()A.热敏电阻在温度越高时,电阻越大B.热敏电阻在温度越高时,电阻越小C.半导体材料温度上升时,导电性能变差D.半导体材料温度上升时,导电性能变好【解析】选B、D。半导体材料做成的热敏电阻的导电性能与温度有关,温度越高时,导电性能越好,电阻越小,故A、C错,B、D对。2.(2017·德州模拟)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变更的特性工作的。如图甲所示,电源的电动势E=9.0V,内电阻不计;G为灵敏电流计,内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其电阻值与温度的变更关系如图乙所示。闭合开关S,当R的温度等于20℃时,电流表示数I1=2mA;当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻的温度__________℃。【解析】从图乙查得t=20℃时,R的阻值为4kΩ由E=I1(R+Rg)得:

当I2=3.6mA时,设热敏电阻的阻值为R′,则

从图乙查得此时对应的温度t2=120℃答案:120【反思归纳】热敏电阻的特点和应用(1)热敏电阻特点: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,电阻越小。(2)热敏电阻的应用:应用热敏电阻时,一般是利用温度限制电阻,利用电阻限制电流、电压,所以可以依据电压或电流计算电阻,依据电阻分析温度。热点二光敏电阻传感器的应用【典例2】为了节能和环保,一些公共场所运用光控开关限制照明系统。光控开关可接受光敏电阻来限制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变更的元件(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下表:照度/lx0.20.40.60.81.01.2电阻/kΩ754028232018世纪金榜导学号42722248(1)依据表中数据,请在图甲给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变更的曲线,并说明阻值随照度变更的特点。(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2V时,限制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简洁电路。给1、2两端供应电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(不考虑限制开关对所设计电路的影响)供应的器材如下:光敏电阻RP(符号,阻值见图表)直流电源E(电动势3V,内阻不计);定值电阻:R1=10kΩ,R2=20kΩ,R3=40kΩ(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。【思索探究】(1)当照度降低至1.0lx时,光敏电阻的阻值如何确定?阻值为多少?提示:由题干中表格数据可得阻值为20kΩ。(2)如何使光敏电阻两端的电压达到2V?提示:依据串联电路的分压原理,串联一个合适的分压电阻。【解析】(1)依据表中的数据,在坐标纸上描点连线,得到如图所示的变更曲线。阻值随照度变更的特点:光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。(2)因天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统,此时间敏电阻阻值为20kΩ,两端电压为2V,电源电动势为3V,故应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10kΩ,即选用R1;此电路的原理图如图所示。答案:(1)光敏电阻的阻值随照度变更的曲线见解析光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小(2)电路原理图见解析图【强化训练】1.如图所示,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻RT的两端相连,这时表针恰好指在刻度盘的中心。若用不透光的黑纸将RT包袱起来,表针将向__________(选填“左”或“右”)转动;若用手电筒光照射RT,表针将向__________(选填“左”或“右”)转动。【解析】光敏电阻受光照越强,电阻越小,所以用不透光的黑纸将RT包起来,电阻增大,指针左偏,若用手电筒光照射RT,电阻减小,表针将向右偏。答案:左右2.(2017·临沂模拟)一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ,当供电电压等于24V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对它进行限制,R1的阻值在有光照时为100Ω,黑暗时为1000Ω,允许通过的最大电流为3mA;电源E的电压为36V,内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0～100Ω,允许通过的最大电流为0.4A;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)。【解析】为了能限制臭氧发生器,应当用滑动变阻器的分压式接法,有光照时P能正常工作,无光照时P不工作。电路图如图所示。答案:见解析图【反思归纳】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,不在直线上的点匀整分布直线两侧。(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。热点三传感器在试验中的应用【典例3】依据图中所供应的器材,请正确将ABCD四个接线柱的接线接好,使其成为一个以热敏电阻为传感器的简易报警器(当温度过高时,电铃会响铃报警)。世纪金榜导学号42722249【思索探究】(1)温度过高时,热敏电阻阻值如何变更?提示:温度越高,热敏电阻的阻值越小。(2)干簧管有什么特性?提示:磁场增加时,干簧管限制开关闭合。答案:见解析【解析】热敏电阻应连入限制电路,所以A与C相连;干簧管继电器开关应连入报警电路,所以B与D相连。如图所示:【强化训练】1.(2017·运城模拟)某种角速度计,其结构如图所示。当整个装置绕轴OO′转动时,元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。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,电阻分布匀整,装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端,当系统以角速度ω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增大而减小C.弹簧的伸长量为x=D.输出电压U与ω的函数式为U=【解析】选D。系统在水平面内以角速度ω转动时,无论角速度增大还是减小,BC的总电阻不变,依据闭合电路欧姆定律得知,电路中电流保持不变,故A、B错误;设系统在水平面内以角速度ω转动时,弹簧伸长的长度为x,则对元件A,依据牛顿其次定律得kx=mω2(l+x),又输出电压U=,联立两式得x=故C错误,D正确。2.(2017·长治模拟)车床在工作时