天津市武清區(qū)楊村第四中學高三物理 第3講實驗傳感器的簡單應用復習課件

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1、第第3講實驗講實驗:傳感器的簡單應用傳感器的簡單應用知識建構技能建構1.知道傳感器的作用.一、實驗目的知識建構技能建構2.觀察熱敏電阻和光敏電阻的阻值是如何隨熱信號和光信號而變化的.二、實驗原理傳感器是將它所感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉換成便于測量的量(一般是電學量)的一類元件.例如:熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號轉換成電信號;光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉換成電信號.轉換后的信號經過相應的儀器進行處理,就可達到自動控制等各種目的.知識建構技能建構三、實驗器材鐵架臺、溫度計、歐姆表、燒杯、熱敏電阻、光敏電阻、導線、紙帶、光電計數器、鉤碼.知識建構技能建構1.熱敏特性實驗:如圖所

2、示.四、實驗步驟知識建構技能建構(2)將多用電表的選擇開關置于“歐姆”擋,將兩表筆短接,調零后再將兩支表筆分別與熱敏電阻的兩個接觸端相連.(1)在燒杯內倒入少量冷水,放在鐵架臺上,將懸掛在鐵架臺上的溫度計放入水中.知識建構技能建構(3)將熱敏電阻放入燒杯內的水中,在歐姆擋上選擇合適的倍率,再調零,把兩支表筆接到熱敏電阻的兩輸出端,讀出多用電表指示的熱敏電阻的阻值,填入表格內.實驗記錄:實驗次數123456溫度/ 電阻/ 知識建構技能建構(5)通過比較這些測得的數據,看看熱敏電阻是怎樣隨溫度的變化而變化的.(4)分幾次向燒杯內倒入開水,觀察不同溫度時熱敏電阻的阻值,記錄在表格內.(6)將多用電表

3、的選擇開關置于交流電壓最高擋或“OFF”擋,拆除裝置,將器材按原樣整理好.知識建構技能建構2.光敏電阻特性實驗:如圖所示.(1)將多用電表的選擇開關置于歐姆擋,選擇合適的倍率,將兩支表筆短接后調零.知識建構技能建構(3)將手張開放在光敏電阻的上方,擋住照到光敏電阻上的部分光線,觀察表盤所示光敏電阻阻值的變化,并記錄下來.(2)把多用電表的兩支表筆接到光敏電阻的兩個輸出端,讀出表盤指示的光敏電阻的阻值,并記錄下來.(4)上下移動手掌,觀察光敏電阻阻值的變化.(5)將多用電表的選擇開關置于交流電壓最高擋或“OFF”擋,拆開裝置,將器材按原樣整理好.知識建構技能建構3.光電計數的基本原理將鉤碼放在紙

4、帶上,如圖所示.拖動紙帶向前運動,觀察光電計數器上的數字變化.知識建構技能建構4.簡單自動控制實驗請同學們自己設計一個由熱敏電阻或光敏電阻作為傳感器的簡單自動控制實驗.五、實驗注意事項知識建構技能建構2.可用圖象描出電阻隨溫度變化的圖線來分析其規(guī)律.1.在做熱敏電阻特性實驗時,加開水后要等一會再測其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫.3.在做光敏電阻特性的實驗中,如果效果不明顯,可將部分電路放入帶蓋的紙盒中,并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少.4.光電計數器是比較精密的儀器,使用過程中注意輕拿輕放.知識建構技能建構一、熱敏電阻的特性知識建構技能建構例1用對溫度敏感的半導體

5、材料制成的某熱敏電阻RT,在給定溫度范圍內,其阻值隨溫度的變化是非線性的.某同學將RT和兩個適當的固定電阻R1、R2連成圖甲虛線框內所示的電路,以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的,且具有合適的阻值范圍.為了驗證這個設計,他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻值,測量電路如圖甲所示,圖中的電壓表內阻很大.RL的測量結果如表所示.甲知識建構技能建構溫度t()30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值()54.351.548.344.741.437.934.7知識建構技能建構(1)根據圖甲所示的電路,在圖乙所示的實物圖上連線.乙回答下列問題:知識建

6、構技能建構(2)為了檢驗RL與t之間近似為線性關系,在坐標紙上作RL-t關系圖線.知識建構技能建構(3)在某一溫度下,電路中的電流表、電壓表的示數如圖丙、丁所示.電流表的示數為 ,電壓表的示數為 .此時等效電阻RL的阻值為 ,熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為 .丙丁知識建構技能建構【名師點金】本題是一道實驗綜合題,既考查電路的連接、多用電表的讀數,同時考查圖象的應用,解答時要注意溫度變化時引起的電路各部分電阻、電流、電壓的變化.知識建構技能建構【規(guī)范全解】本題主要考查伏安法測電阻的知識,需要考生明確實驗的原理會根據電路圖進行實物連線,會用圖象法處理實驗數據.由圖中可得到電流表示數為115 mA,電壓

7、表讀數為5.00 V,RL=43.5 ,由RL-t圖象可知,該等效電阻對應的溫度為64.0 .【答案】(1)如圖戊所示UI5.00V0.115A知識建構技能建構(2)關系曲線如圖己所示(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 知識建構技能建構變式訓練如圖所示,圖甲為熱敏電阻的R-t圖象,圖乙為此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路,繼電器線圈電阻為100 .當線圈電流大于或等于10 mA時,繼電器的銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電的電池的電動勢E=6 V,內阻不計.圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源.甲乙知識建構技能建構(1)應該把恒溫箱內的加熱器接在 兩端(填“A、B”或“

8、C、D”);(2)如果要使恒溫箱內的溫度保持50 ,可變電阻R的阻值應調節(jié)為 ;(3)如果要使恒溫箱內的溫度保持100 ,可變電阻R的阻值應調節(jié)為 ;知識建構技能建構(4)若可變電阻R可在380 到470 范圍內調節(jié),則此恒溫箱可控制的恒溫范圍是 .【規(guī)范全解】(1)溫度低于要求時,電路加熱設備應工作,此時熱敏電阻的阻值大,由閉合電路的歐姆定律可知,電路中電流小,彈簧將銜鐵向上拉起,故加熱器應接A、B兩端.(2)恒溫箱內的溫度保持50 ,由甲圖可知熱敏電阻在此溫度時的阻值為100 ,由閉合電路歐姆定律可知E=I(100+R+100),得R=400 ,所以可變電阻R的值應調為400 .知識建構技

9、能建構(4)可變電阻R可在380 到470 范圍內調節(jié),由閉合電路歐姆定律可知E=I(100+R1+380)和E=I(100+R2+470),解得熱敏電阻的阻值分別為R1=120 ,R2=30 ,由甲圖可知對應的溫度分別是t1=40 ,t2=150 ,此恒溫箱可控制的恒溫范圍是40 150 .【答案】(1)A、B (2)400 (3)450 (4)40 150 (3)恒溫箱內的溫度保持100 ,由甲圖可知熱敏電阻在此溫度時的阻值為50 ,由閉合電路歐姆定律可知E=I(100+R+50),得R=450 ,所以可變電阻R的值應調為450 .知識建構技能建構例2光敏電阻在各種自動化裝置中有很多應用,

10、比如用于街道路燈的自動控制.圖甲為模擬電路,其中A為光敏電阻,B為電磁繼電器,C為照明電路,D為路燈,請連成正確的電路,達到日出燈熄,日落燈亮的效果.甲二、光傳感器的應用知識建構技能建構【名師點金】本題考查光敏電阻的特性及在傳感器中的應用,同時考查了電路的連接,在能力方面重點考查學生的實驗與探究能力知識建構技能建構【規(guī)范全解】如圖乙所示,當天亮時,光線照射光敏電阻A.其阻值迅速減小,控制回路電流增大,繼電器B工作,吸住銜鐵使觸點斷開,路燈熄滅.當夜晚降臨,光線變暗,光敏電阻A的阻值增大,控制回路電流減小,彈簧將銜鐵拉起,觸點接通,路燈點亮.【答案】如圖乙所示知識建構技能建構1.(2012年山東

11、聊城模擬)如圖所示,R1、R2為定值電阻,L為小燈泡,R3為光敏電阻,當照射光強度增大時( )A.電壓表的示數增大B.R2中電流減小C.小燈泡的功率增大D.電路的路端電壓增大知識建構技能建構燈泡的功率增大,故C項正確.【答案】ABC【解析】當照射光強度增大時,R3阻值減小,外電路電阻隨R3的減小而減小,R1兩端電壓因干路電流增大而增大,同時內電壓增大,故電路路端電壓減小,電壓表的示數增大,A項正確,D項錯誤;由路端電壓減小,R1兩端電壓增大知,R2兩端電壓必減小,則R2中電流減小,故B項正確;結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大,則小知識建構技能建構2.(2010年高考全國理綜卷)如圖甲所

12、示,一熱敏電阻RT放在控溫容器M內;為毫安表,量程為6 mA,內阻為數十歐姆;E為直流電源,電動勢約為3 V,內阻很小;R為電阻箱,最大阻值為999.9 ;S為開關.已知RT 在95 時的阻值為150 ,在20 時的阻值約為550 .現(xiàn)要求在降溫過程中測量在95 20 之間的多個溫度下RT 的阻值.知識建構技能建構(2)完成下列實驗步驟中的填空: 依照實驗原理電路圖連線. 調節(jié)控溫容器M內的溫度,使得RT的溫度為95 . 將電阻箱調到適當的初值,以保證儀器安全. 閉合開關,調節(jié)電阻箱,記錄電流表的示數I0 ,并記錄 .將RT的溫度降為T1 (20 T195 );調節(jié)電阻箱,使得電流表的讀數 ,

13、記錄 . 溫度為T1 時熱敏電阻的電阻值= . 逐步降低T1 的數值,直至20 為止;在每一溫度下重復步驟、1TR(1)在圖甲中畫出連線,完成實驗原理電路圖.知識建構技能建構(1)根據題意,題目中沒有提供滑動變阻器,取而代之的是電阻箱,所以只能將各元件串聯(lián)起來組成一閉合回路.【解析】本題考查閉合電路歐姆定律的有關知識.知識建構技能建構(2)因為電源內阻很小可以忽略不計,所以內電壓可以忽略不計.先調節(jié)控溫容器使RT的溫度為95 ,調節(jié)電阻箱使電流表示數為I0,此時電阻箱示數為R0,假設電流表內阻為RA,電源電動勢用E表示,有E=I0RA+I0150+I0R0,將RT的溫度降為T1,調節(jié)電阻箱使電

14、流表的示數仍然為I0,記下電阻箱的示數R1,則有E=I0RA+I0RT1+I0R1,將兩式聯(lián)立即得RT1=R0-R1+150 ().【答案】(1)實驗原理電路圖如圖乙所示.(2)電阻箱的讀數R0仍為I0電阻箱的讀數R1R0-R1+150 ()知識建構技能建構3.(2012年東北四校聯(lián)考)電流傳感器可以像電流表一樣測量電流,它與計算機相連,能在幾秒內畫出電流隨時間變化的圖象.如圖甲所示電路,電源電動勢為直流8 V,電容器為幾百微法的電容器,先使開關S與1相連,電源向電容器充電,然后把開關S擲向2,電容器通過電阻R放電,計算機屏幕上顯示出電流隨時間變化的I-t曲線,如圖乙所示.則:在圖乙中畫出了一

15、個豎立的狹長矩形(在圖乙的左端),它的面積的物理意義是: .根據以上數據估算的電容是 (結果保留三位有效數字).知識建構技能建構【解析】由q=It可知,I-t圖象中的面積表示為通過電流傳感器的電荷量.由數格法可知電容器放電前所帶電荷量Q=420.210-30.4 C=3.3610-3 C,則C=420 F.【答案】通過電流傳感器的電荷量 400440 FQU知識建構技能建構4.(2009年高考寧夏理綜卷)青島奧運會帆船賽場采用風力發(fā)電給蓄電池充電,為路燈提供電能.用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關,實現(xiàn)自動控制.光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化,作為簡化模型,可以近似認為,照射光較強(如

16、白天)時電阻幾乎為0;照射光較弱(如黑夜)時電阻接近于無窮大.利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開關,可以實現(xiàn)路燈自動在白天關閉,黑夜打開.電磁開關的內部結構如圖甲所示.1、2兩接線柱之間是勵磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接.當勵磁線圈中電流大于50 mA時,電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點分離,3、4斷開;電流小于50 mA時,3、4接通.勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA.知識建構技能建構(1)利用以下器材設計一個自動控制路燈的電路,畫出電路原理圖.知識建構技能建構知識建構技能建構(2)回答下列問題:如果勵磁線圈的電阻為200 ,勵磁線圈允許加的最大電壓為 V,保護電阻R2的

17、阻值范圍為 .在有些應用電磁開關的場合,為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時,接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?為此,電磁開關內部結構應如何改造?請結合本題中電磁開關內部結構圖說明.答: .任意舉出一個其他的電磁鐵應用的例子.答: .知識建構技能建構【解析】(1)電路原理如圖所示知識建構技能建構(2)由U=IR得勵磁線圈允許加的最大電壓U=ImR=0.1200 V=20 V;依據允許通過勵磁線圈的電流最大值和最小值計算得R2min= =160 ,R2max= =520 ,因此保護電阻R2的阻值范圍為160 520 .把觸點從彈簧片右側移到彈簧片左側,保證當電磁鐵吸合鐵片時,3、4之間接通;不吸合時,3、4之間斷開.電磁起重機.【答案】見解析160.1min36IR0.05知識建構技能建構