物理實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡(jiǎn)單使用

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1、實(shí)驗(yàn)十一：傳感器的簡(jiǎn)單使用1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)知道什么是傳感器，知道光敏電阻和熱敏電阻的作用.(2)能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究“光敏電阻和熱敏電阻的特性”.(3)了解常見(jiàn)的各種傳感器的工作原理、元件特性及設(shè)計(jì)方案.2.實(shí)驗(yàn)原理非電學(xué)測(cè)量的量(1)傳感器：傳感器是將所感受到的諸如力、熱、光、聲、化學(xué)成分等_量轉(zhuǎn)換成便于_(一般是電壓、電流等電學(xué)量)的一類(lèi)元件.(2)傳感器的一般應(yīng)用模式：由敏感元件、轉(zhuǎn)換器件和轉(zhuǎn)換電路三個(gè)部分組成，通過(guò)敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理.(如圖 S11-1 所示)圖 S11-1工作過(guò)程：敏感元件將感受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的

2、量，如下所示.(3)傳感器的分類(lèi)：力電傳感器、熱電傳感器、光電傳感器、聲電傳感器、電容式傳感器、磁電傳感器、超聲波傳感器、氣敏傳感器等.(4)常見(jiàn)傳感器元件力學(xué)電學(xué)力電傳感器：把_(位移、速度、加速度等)信號(hào)轉(zhuǎn)化為_(kāi)(電壓、電流等)信號(hào).光敏電阻：無(wú)光照時(shí)，載流子(可以自由移動(dòng)的帶有電荷的物質(zhì)微粒，如電子和離子)極少，阻值較大；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，阻值減小.能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量.熱敏電阻：利用半導(dǎo)體材料制成，其電阻阻值隨溫度的升高而減小，能把_這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)這個(gè)電學(xué)量.溫度電阻溫度傳感器電阻金屬熱電阻：有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，這樣的電阻也可以制成

3、_，稱(chēng)為熱電阻，能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)這個(gè)電學(xué)量.3.實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、燒杯、溫度計(jì)、冷水、熱水、強(qiáng)光源、學(xué)生電源、小燈泡、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等.4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程(1)研究熱敏電阻的熱敏特性.減小增大熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而_，隨溫度的降低而_.(2)研究光敏電阻的光敏特性.減小光敏電阻在光照加強(qiáng)的條件下，其阻值逐漸_.5.注意事項(xiàng)(1)在研究電阻的熱敏特性時(shí)，熱敏電阻、燒杯、溫度計(jì)易破損，忌用溫度計(jì)當(dāng)攪拌器.(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，加熱水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫.(3)在做光敏電阻實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入

4、帶蓋的紙盒中，并通過(guò)蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少.(4)歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零.(5)當(dāng)傳感元件需要接入電路中時(shí)，要注意它的電學(xué)參數(shù).【基礎(chǔ)自測(cè)】1.觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖如圖 S11-2 所示.現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是()A.若 R 為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯B.若 R 為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯C.若 R 為熱敏電阻(半導(dǎo)體材料制成)，讀數(shù)變化非常明顯D.若 R 為熱敏電阻(半導(dǎo)體材料制成)，圖 S11-2讀數(shù)變化不明顯答案：C2.利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小，可以用來(lái)測(cè)量很小范圍內(nèi)的

5、溫度變化，反應(yīng)快，而且精確度高.(1)如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個(gè)電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變_(填“大”或“小”).(2)上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度.如果刻度盤(pán)正中的溫度為 20 (如圖 S11-3 甲所示)，則 25 的刻度應(yīng)在 20 的刻度的_(填“左”或“右”)側(cè).甲乙圖 S11-3(3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測(cè)大棚內(nèi)溫度變化，請(qǐng)用圖乙中的器材(可增加元器件)設(shè)計(jì)一個(gè)電路.解析：(1)因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時(shí)，電阻增大，故電路中電流會(huì)減小

6、.(2)由(1)的分析知，溫度越高，電流越大，25 的刻度應(yīng)對(duì)應(yīng)較大電流，故在 20 的刻度的右側(cè).(3)電路如圖 D49 所示.答案：(1)小(2)右(3)如圖 D49 所示.圖 D493.如圖 S11-4 所示，圖甲為熱敏電阻的 R-t 圖象，圖乙為用此熱敏電阻 R 和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為 100.當(dāng)線圈的電流大于或等于 20 mA 時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合.為繼電器線圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì) E9.0 V，內(nèi)阻不計(jì).圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源.甲乙圖 S11-4(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在_(填“A、B 端”或“C、D 端”).(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的

7、溫度保持在 50 ，可變電阻 R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為_(kāi).解析：恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在 A、B 端.當(dāng)線圈中的電流較小時(shí)，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高.隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻 R 的阻值變小，則線圈中的電流變大，當(dāng)線圈的電流大于或等于 20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸到下方來(lái)，則恒溫箱加熱器與電源斷開(kāi)，加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低.隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻 R 的阻值變大，則線圈中的電流變小，當(dāng)線圈的電流小于 20 mA 時(shí)，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開(kāi)始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度.要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在 50 ，即

8、 50 時(shí)線圈內(nèi)的電流為 20 mA.由閉合電路歐姆定律 IErRR，r 為繼電器的電阻.由題圖R)260 .答案：(1)A、B端(2)260考點(diǎn) 1溫度傳感器的應(yīng)用【典題 1】(2017 年江蘇卷)某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)制作了一個(gè)簡(jiǎn)易的溫控裝置，實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖 S11-5 所示，繼電器與熱敏電阻 Rt、滑動(dòng)變阻器 R 串聯(lián)接在電源 E 兩端，當(dāng)繼電器的電流超過(guò) 15 mA 時(shí)，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實(shí)現(xiàn)溫控.繼電器的電阻約為 20 ，熱敏電阻的阻值 Rt 與溫度 t 的關(guān)系如下表所示：t/30.040.050.060.070.080.0Rt/199.5145.4108.181.862.94

9、9.1(1)提供的實(shí)驗(yàn)器材有：電源 E1(3 V，內(nèi)阻不計(jì))、電源 E2(6 V，內(nèi)阻不計(jì))、滑動(dòng)變阻器 R1(0200 )、滑動(dòng)變阻器 R2(0500 )、熱敏電阻 Rt，繼電器、電阻箱(0999.9 )、開(kāi)關(guān) S、導(dǎo)線若干.為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì) 3080 之間任一溫度的控制，電源 E應(yīng)選用_(填“E1”或“E2”)，滑動(dòng)變阻器 R 應(yīng)選用_(填“R1”或“R2”).圖 S11-5(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電路不工作.某同學(xué)為排查電路故障，用多用電表測(cè)量各接點(diǎn)間的電壓，則應(yīng)將如圖 S11-6 所示的選擇開(kāi)關(guān)旋至_(填“A”“B”“C”或“D”).(3)合上開(kāi)關(guān) S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)行排查，在圖 S11-

10、5中，若只有 b、c 間斷路，則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入 a、b 時(shí)指針_(填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)，接入 a、c 時(shí)指針_(填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”).圖 S11-6(4)排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為 50 時(shí)被吸合，下列操作步驟的正確順序是_.(填寫(xiě)各步驟前的序號(hào))將熱敏電阻接入電路；觀察到繼電器的銜鐵被吸合；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將電阻箱從電路中移除；合上開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至 108.1 .解析：(1)由表格數(shù)據(jù)知，當(dāng)溫度為 30 時(shí)，熱敏電阻阻值為 199.5 ，繼電器的阻值 R020 ，當(dāng)電流為 15 mA 時(shí)，EI(RtR0)3.3 V，所以電源選 E

11、2，80 時(shí)，熱敏電阻阻值 Rt49.1 ，則 E2I(RtR0R)，此時(shí)變阻器阻值 R330.9 ，所以變阻器選擇 R2；(2)多用電表作為電壓表測(cè)量電壓，旋鈕旋至直流電壓擋 C 處；(3)若只有 b、c 間斷路，表筆接入 a、b 時(shí)，整個(gè)回路斷路，電表指針不偏轉(zhuǎn)，接入 a、c 時(shí)電流流經(jīng)電表，故指針偏轉(zhuǎn)；(4)50 時(shí)，熱敏電阻阻值為 108.1 ，所以應(yīng)將電阻箱阻值調(diào)至 108.1 ，調(diào)節(jié)變阻器，使銜鐵吸合，再將電阻箱換成熱敏電阻，故順序?yàn)?答案：(1)E2R2 (2)C (3)不偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn) (4)照度/lx0.20.40.60.81.01.2電阻/k754028232018考點(diǎn) 2光電

12、傳感器的應(yīng)用【典題 2】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng).光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為 lx).某光敏電阻 Rp 在不同照度下的阻值如下表所示：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系(圖 S11-7)中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn).圖 S11-7(2)如圖 S11-8 所示，當(dāng) 1、2 兩端所加的電壓上升至 2 V 時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路.給 1、2 兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗、照度降低至 1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，

13、在虛線框內(nèi)完成電路原理圖.(不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響)圖 S11-8提供的器材如下：光敏電阻 Rp(符號(hào)，阻值見(jiàn)上表)；直流電源 E(電動(dòng)勢(shì) 3 V，內(nèi)阻不計(jì))；定值電阻：R110 k，R220 k，R340 k(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)；開(kāi)關(guān) S 及導(dǎo)線若干.審題突破：光敏電阻的特點(diǎn)是當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí)載流子增多，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，電阻變小；當(dāng)光照減弱時(shí)載流子減少，導(dǎo)電能力減弱，電阻變大.要求在天色漸暗，照度降低至 1.0 lx 時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，此時(shí)光敏電阻較大，讓光敏電阻與控制開(kāi)關(guān)并聯(lián)即可.答案：(1)如圖 S11-9 所示.特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而非線性減小.(2)如圖 S

14、11-10 所示.圖 S11-9圖 S11-10方法技巧：這類(lèi)題目設(shè)問(wèn)雖很新穎獨(dú)特，但所依據(jù)的物理原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)器材卻是課本上的基本實(shí)驗(yàn)中用過(guò)的，試題設(shè)問(wèn)一般不難；只要平時(shí)學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)時(shí)對(duì)課本中的基本實(shí)驗(yàn)(原理)能夠深刻理解，對(duì)涉及的基本實(shí)驗(yàn)器材能夠熟練運(yùn)用，注意將物理習(xí)題中的結(jié)論向物理實(shí)驗(yàn)遷移，分析問(wèn)題時(shí)能靈活變通，不墨守成規(guī)，解決此類(lèi)問(wèn)題定可駕輕就熟.考點(diǎn) 3力電傳感器的實(shí)際應(yīng)用【典題 3】某學(xué)生為了測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為 k)，如圖 S11-11 所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為 0；而后在其

15、受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓 U.圖 S11-11請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量：(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在虛線框中畫(huà)出完整的測(cè)量電路圖.(2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù) k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量 m.審題突破：力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個(gè)全新的儀器，但它與其他所有的測(cè)量?jī)x器一樣，要有一個(gè)“調(diào)零”的過(guò)程.仔細(xì)審題，題目中有很多重要的暗示，挖掘這些信息即是我們解決問(wèn)題的關(guān)鍵.“測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為 0；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓 U ”“該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為 k) ”，所以輸出電壓 Ukmg.題目要求“力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大”，這就暗示我們滑動(dòng)變阻器必須使用分壓式，有了設(shè)計(jì)電路才可以進(jìn)行測(cè)量步驟.答案：(1)如圖 D50 所示.圖 D50(2)測(cè)量步驟如下：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為零.將質(zhì)量為 m0 的砝碼放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓 U0，則可求 kU0m0g.將待測(cè)物體放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓 U1.