高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 實驗11 傳感器的簡單使用課件

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1、第十章交變電流傳感器實驗十一傳感器的簡單使用 基 礎(chǔ) 梳 理 一、實驗?zāi)康?1 探 究 熱 敏 電 阻 、 光 敏 電 阻 的 特 性 了 解 傳感 器 的 工 作 原 理 2 了 解 傳 感 器 在 技 術(shù) 上 的 應(yīng) 用 二、實驗原理 1 傳 感 器 的 作 用 傳 感 器 能 夠 將 感 受 到 的 物 理 量 (力 、 熱 、 光 、聲 等 )轉(zhuǎn) 換 成 便 于 測 量 的 量 (一 般 是 電 學(xué) 量 ) 2 傳 感 器 的 工 作 過 程 通 過 對 某 一 物 理 量 敏 感 的 元 件 將 感 受 到 的 信號 按 一 定 規(guī) 律 轉(zhuǎn) 換 成 便 于 測 量 的 信 號 例 如

2、 ，光 電 傳 感 器 是 利 用 光 敏 電 阻 將 光 信 號 轉(zhuǎn) 換 成電 信 號 熱 電 傳 感 器 是 利 用 熱 敏 電 阻 或 金 屬熱 電 阻 將 溫 度 信 號 轉(zhuǎn) 換 成 電 信 號 ， 轉(zhuǎn) 換 后 的信 號 經(jīng) 過 電 子 電 路 的 處 理 就 可 達(dá) 到 方 便 檢 測 、自 動 控 制 、 遙 控 等 各 種 目 的 傳 感 器 工 作 的原 理 可 用 下 圖 表 示 ： 三、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、光電計數(shù)器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、光源等 四、注意事項 1熱敏電阻、燒杯、溫度計容易破損，實驗中注意輕拿輕

3、放； 2光電計數(shù)器、小燈泡的額定電壓(6 V)比較小，實驗中切忌不要超過其額定電壓； 3燒杯中加水改變溫度時，要等熱敏電阻溫度穩(wěn)定后再測量其阻值 五、幾種常見傳感器 1熱電式傳感器及其應(yīng)用熱敏電阻和金屬熱電阻熱敏電阻是電阻值隨時間變化而變化的敏感元件在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度上升而增加的是正溫度系數(shù)熱敏電阻器；電阻值隨溫度上升而減小的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器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溫度傳感器，稱為金屬熱電阻熱敏電阻或金屬熱電阻都能把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量，但相比而言，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，而熱敏電阻的靈敏度好 2 幾 種 常 見 的

4、 電 容 式 傳 感 器 電 容 器 的 電 容 C決 定 于 極 板 正 對 面 積 為 S、 板間 距 離 d以 及 極 板 間 的 電 介 質(zhì) 這 幾 個 因 素 ， 如果 某 一 物 理 量 (如 角 度 、 位 移 s、 深 度 h等 )的變 化 能 引 起 上 述 某 個 因 素 的 變 化 ， 從 而 引 起電 容 的 變 化 那 么 ， 通 過 測 定 電 容 器 的 電 容就 可 以 確 定 上 述 物 理 量 的 變 化 做 這 種 用 途的 電 容 器 稱 為 電 容 式 傳 感 器 如 圖 甲 所 示 是 用 來 測 定 角 度 的 電 容 式 傳 感器 當(dāng) 動 片 與

5、 定 片 之 間 的 角 度 發(fā) 生 變 化 時 ，引 起 極 板 正 對 面 積 S的 變 化 ， 使 電 容 C發(fā) 生變 化 知 道 C的 變 化 ， 就 可 以 知 道 的 變 化情 況 如 圖 乙 所 示 是 測 定 液 面 高 度 h的 電 容 式 傳 感 器 ，在 導(dǎo) 線 芯 的 外 面 涂 上 一 層 絕 緣 物 質(zhì) ， 放 入 導(dǎo)電 液 體 中 導(dǎo) 線 芯 和 導(dǎo) 電 液 體 構(gòu) 成 電 容 器 的兩 個 極 ， 導(dǎo) 線 芯 外 面 的 絕 緣 物 質(zhì) 就 是 電 介質(zhì) 液 面 高 度 h發(fā) 生 變 化 時 ， 引 起 正 對 面 積 發(fā)生 變 化 ， 使 電 容 C發(fā) 生 變

6、 化 ， 知 道 C的 變 化 ，就 可 以 知 道 h的 變 化 情 況 圖 丙 是 測 定 壓 力 F的 電 容 式 傳 感 器 待 測 壓 力F作 用 于 可 動 膜 片 電 極 上 的 時 候 ， 膜 片 發(fā) 生 形變 ， 使 極 板 間 距 離 d發(fā) 生 變 化 ， 引 起 電 容 C的變 化 ， 知 道 C的 變 化 ， 就 可 以 知 道 F的 變 化 情況 如 圖 丁 所 示 是 測 定 位 移 x的 電 容 式 傳 感 器 隨著 電 介 質(zhì) 進(jìn) 入 極 板 間 的 長 度 發(fā) 生 變 化 ， 電 容C發(fā) 生 變 化 知 道 C的 變 化 ， 就 可 以 知 道 x的變 化 情

7、 況 方 法 規(guī) 律 一、研究熱敏電阻的熱敏特性 1 實 驗 步 驟 (1)按 圖 所 示 連 接 好 電 路 ， 將 熱 敏 電 阻 絕 緣 處 理 ； (2)把 多 用 電 表 置 于 “ 歐 姆 ” 擋 ， 并 選 擇 適 當(dāng) 的 量 程 測 出 燒杯 中 沒 有 熱 水 時 熱 敏 電 阻 的 阻 值 ， 并 記 下 溫 度 計 的 示 數(shù) ； (3)向 燒 杯 中 注 入 少 量 的 冷 水 ， 使 熱 敏 電 阻 浸 沒 在 冷 水 中 ，記 下 溫 度 計 的 示 數(shù) 和 多 用 電 表 測 量 的 熱 敏 電 阻 的 阻 值 ； (4)將 熱 水 分 幾 次 注 入 燒 杯 中

8、 ， 測 出 不 同 溫 度 下 熱 敏 電 阻 的阻 值 ， 并 記 錄 2 數(shù) 據(jù) 處 理 (1)根 據(jù) 記 錄 數(shù) 據(jù) ， 把 測 量 到 的 溫 度 、 電 阻 值 填 入 表 中 ， 分析 熱 敏 電 阻 的 特 性 . 次 數(shù)待 測 量 溫 度 ( )電 阻 () (2)在 如 圖 坐 標(biāo) 系 中 ， 粗 略 畫 出 熱 敏 電 阻 的阻 值 隨 溫 度 變 化 的 圖 線 二、研究光敏電阻的光敏特性 1實驗步驟 (1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按圖所示連接好電路其中多用電表置于“100”擋 (2)先 測 出 在 室 內(nèi) 自 然 光 的 照 射 下 光 敏 電 阻 的阻

9、 值 ， 并 記 錄 數(shù) 據(jù) ； (3)打 開 電 源 ， 讓 小 燈 泡 發(fā) 光 ， 調(diào) 節(jié) 小 燈 泡 的亮 度 使 之 逐 漸 變 亮 ， 觀 察 表 盤 指 針 顯 示 電 阻阻 值 的 情 況 ， 并 記 錄 ； (4)用 手 掌 (或 黑 紙 )遮 光 時 電 阻 值 又 是 多 少 ，并 記 錄 . 2.數(shù) 據(jù) 處 理 把 記 錄 的 結(jié) 果 填 入 下 表 中 ， 根 據(jù) 記 錄 數(shù) 據(jù) 分 析 光 敏 電 阻 的特 性 光 照 強 度 弱 中 強 無 光 照 射阻 值 () 三、實驗改進(jìn)對于熱敏電阻的特性，可用下面的實驗進(jìn)行探究： 1.實驗裝置：如圖所示，RT為熱敏電阻，多用

10、電表調(diào)至歐姆擋 2.實 驗 步 驟 (1)按 如 圖 連 接 電 路 ， 將 多 用 電 表 的 選 擇 開 關(guān)置 于 “ 歐 姆 ” 擋 ， 并 讓 其 兩 支 表 筆 與 負(fù) 溫 度系 數(shù) 的 熱 敏 電 阻 RT的 兩 端 相 連 ， 這 時 表 針 指在 某 一 刻 度 (2)往 熱 敏 電 阻 RT上 擦 一 些 酒 精 ， 觀 察 表 針 的偏 轉(zhuǎn) (3)用 吹 風(fēng) 機 將 熱 風(fēng) 吹 向 熱 敏 電 阻 RT， 觀 察 表針 的 偏 轉(zhuǎn) 3.實 驗 現(xiàn) 象 及 結(jié) 論 (1)步 驟 (2)中 表 針 左 偏 ， 說 明 熱 敏 電 阻 RT的 阻值 變 大 ， 酒 精 蒸 發(fā) 吸

11、 熱 ， 溫 度 降 低 ， 所 以 熱敏 電 阻 的 阻 值 隨 溫 度 的 降 低 而 增 大 (2)步 驟 (3)中 表 針 右 偏 ， 說 明 熱 敏 電 阻 RT的 阻值 變 小 ， 熱 敏 電 阻 的 阻 值 隨 溫 度 的 升 高 而 減小 . 考 向 一 溫 度 傳 感 器 的 應(yīng) 用典例1如 圖 所 示 ， 圖 甲 為 熱 敏 電 阻 的 Rt圖象 ， 圖 乙 為 用 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 的 電 阻 為100 .當(dāng) 線 圈 的 電 流 大 于 或 等 于 20 mA時 ，繼 電 器 的 銜

12、 鐵 被 吸 合 為 繼 電 器 線 圈 供 電 的電 池 的 電 動 勢 E 9.0 V， 內(nèi) 阻 不 計 圖 中 的“ 電 源 ” 是 恒 溫 箱 加 熱 器 的 電 源 (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 溫 度 保 持 在 50 ， 可變 電 阻 R 的 阻 值 應(yīng) 調(diào) 節(jié) 為 _. 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，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

13、圈的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低 考 向 二 力 傳 感 器 的 應(yīng) 用典例2在 科 技 活 動 中 某 同 學(xué) 利 用 自 制 的 電 子秤 來 稱 量 物 體 的 質(zhì) 量 ， 如 圖 所 示 ， 為 電 子 秤的 原 理 圖 ， 托 盤 和 彈 簧 的 電 阻 與 質(zhì) 量 均 不計 滑 動 變 阻 器 的 滑 動 端 與 彈 簧 上 端 連 接 ，當(dāng) 托 盤 中 沒 有 放 物 體 時 ， 電 壓 表 示 數(shù) 為零 設(shè) 變 阻 器 的 總 電 阻 為 R， 總 長 度 為 l， 電源 電 動 勢 為 E，

14、內(nèi) 阻 為 r， 限 流 電 阻 的 阻 值 為R0， 彈 簧 勁 度 系 數(shù) 為 k， 不 計 一 切 摩 擦 和 其 他阻 力 ， 電 壓 表 為 理 想 表 ， 當(dāng) 托 盤 上 放 上 某 物體 時 ， 電 壓 表 的 示 數(shù) 為 U， 求 此 時 稱 量 物 體的 質(zhì) 量 考 向 三 光 電 傳 感 器 的 應(yīng) 用典例3為 了 節(jié) 能 和 環(huán) 保 ， 一 些 公 共 場 所 使 用光 控 開 關(guān) 控 制 照 明 系 統(tǒng) 光 控 開 關(guān) 可 采 用 光敏 電 阻 來 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

15、 的 強 弱 ，光 越 強 照 度 越 大 ， 照 度 單 位 為 lx) 某 光 敏 電阻 ROS， 在 不 同 照 度 下 的 阻 值 如 下 表 所 示 ：照 度 (lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2電 阻 (k) 75 40 28 23 20 18 (1)根 據(jù) 表 中 數(shù) 據(jù) ， 請 在 圖 給 定 的 坐 標(biāo) 系 中描 繪 出 阻 值 隨 照 度 變 化 的 曲 線 ， 并 說 明 阻值 隨 照 度 變 化 的 特 點 (2)如 圖 所 示 ， 當(dāng) 1、 2兩 端 所 加 電 壓 上 升 至 2 V時 ， 控 制 開關(guān) 自 動 啟 動 照 明 系 統(tǒng) ， 請 利

16、 用 下 列 器 材 設(shè) 計 一 個 簡 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 啟 動 照 明 系 統(tǒng) ， 在 虛 線 框 內(nèi) 完 成 電 路 原 理 圖 (不 考 慮控 制 開 關(guān) 對 所 設(shè) 計 電 路 的 影 響 ) 解析(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點連線，得到如圖所示的變化曲線 (2)因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，此時光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 V，電源電動勢為3 V，故應(yīng)加上一個分壓電阻，分壓電阻阻值為10 k，即選用R1，此電路的原理圖如圖所示 頻 考 傳 感 器 的

17、 原 理 1 (2016廣 東 揭 陽 高 三 模 考 )2007年 度 諾 貝 爾 物 理 學(xué) 獎 授 予 了 法 國 和 德國 的 兩 位 科 學(xué) 家 ， 以 表 彰 他 們 發(fā) 現(xiàn) “ 巨 磁 電 阻 效 應(yīng) ” 基 于 巨 磁 電 阻 效應(yīng) 開 發(fā) 的 用 于 讀 取 硬 盤 數(shù) 據(jù) 的 技 術(shù) ， 被 認(rèn) 為 是 納 米 技 術(shù) 的 第 一 次 真 正 應(yīng)用 在 下 列 有 關(guān) 其 他 電 阻 應(yīng) 用 的 說 法 中 ， 錯 誤 的 是 ( ) A 熱 敏 電 阻 可 應(yīng) 用 于 溫 度 測 控 裝 置 中 B 光 敏 電 阻 是 一 種 光 電 傳 感 器 C 電 阻 絲 可 應(yīng)

18、用 于 電 熱 設(shè) 備 中 D 電 阻 在 電 路 中 主 要 起 到 通 過 直 流 、 阻 礙 交 流 的 作 用 解析熱敏電阻對溫度很敏感，光敏電阻對光照很敏感，電阻絲可用于電加熱，這很常見，所以A、B、C三個說法均正確；交流電、直流電均可通過電阻，電阻對它們均可產(chǎn)生阻礙作用，所以D錯誤 答案D 2 (2016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(dāng) 照射 光 強 度 增 大 時 ( ) A 電 壓 表 的 示 數(shù) 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

19、 壓 增 大 解析當(dāng)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(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，電壓表的示數(shù)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，R2兩端電壓減小，則R2中電流減小，故B項正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，故C項正確 答案ABC 3 在 輸 液 時 ， 藥 液 有 時 會 從 針 口 流 出 體 外 ，為 了 及 時 發(fā) 現(xiàn) ， 設(shè) 計 了 一 種 報 警 裝 置 ， 電 路如 圖 所 示 M是 貼 在 針 口 處 的 傳 感 器 ， 接 觸到 藥 液 時 其 電

20、阻 RM發(fā) 生 變 化 ， 導(dǎo) 致 S兩 端 電壓 U增 大 ， 裝 置 發(fā) 出 警 報 ， 此 時 ( ) A RM變 大 ， 且 R越 大 ， U增 大 越 明 顯 B RM變 大 ， 且 R越 小 ， U增 大 越 明 顯 C RM變 小 ， 且 R越 大 ， U增 大 越 明 顯 D RM變 小 ， 且 R越 小 ， U增 大 越 明 顯 解析電阻RM變化時S兩端電壓U增大，說明電阻RM變小同時，傳感器M對全電路的控制是通過其電阻RM的變化來實現(xiàn)的運用極值法：若R趨近于無限大，電阻RM與R的并聯(lián)電阻的變化就等于RM的變化；若R為有限值，則RM與R的并聯(lián)電阻的變化就會小一些所以，R越大，

21、電阻RM阻值減小同樣的數(shù)值時，U增大的數(shù)值越大，即越明顯，C正確 答案C 4 (2016保定高三質(zhì)檢)利 用 光 敏 電 阻 制 作的 光 傳 感 器 ， 記 錄 了 傳 送 帶 上 工 件 的 輸 送 情況 ， 如 圖 甲 所 示 為 某 工 廠 成 品 包 裝 車 間 的 光傳 感 記 錄 器 ， 光 傳 感 器 B能 接 收 到 發(fā) 光 元 件 A發(fā) 出 的 光 ， 每 當(dāng) 工 件 擋 住 A發(fā) 出 的 光 時 ， 光傳 感 器 就 輸 出 一 個 電 信 號 ， 并 在 屏 幕 上 顯 示出 電 信 號 與 時 間 的 關(guān) 系 ， 如 圖 乙 所 示 若 傳送 帶 始 終 勻 速 運

22、動 ， 每 兩 個 工 件 間 的 距 離 為0.2 m， 則 下 列 說 法 正 確 的 是 ( ) A 傳 送 帶 運 動 的 速 度 是 0.1 m/s B 傳 送 帶 運 動 的 速 度 是 0.2 m/s C 該 傳 送 帶 每 小 時 輸 送 3 600個 工 件 D 該 傳 送 帶 每 小 時 輸 送 7 200個 工 件 5 (2016上海黃浦區(qū)一模)在 實 際 應(yīng) 用 中 有 多 種 自 動 控 溫 裝置 ， 以 下 是 其 中 兩 種 控 溫 裝 置 ： (1)圖 甲 為 某 自 動 恒 溫 箱 原 理 圖 ， 箱 內(nèi) 的 電 阻 R1 2 k， R2 1.5 kg， R3

23、 4 k， RT熱 敏 電 阻 ， 其 電 阻 隨 溫 度 變 化 的 圖象 如 圖 乙 所 示 當(dāng) a、 b兩 點 電 勢 UaUb時 ， 電 壓 鑒 別 器 會 使 S斷 開 ， 停 止 加 熱 ， 則 恒 溫 箱 內(nèi)的 穩(wěn) 定 溫 度 為 _ ， 恒 溫 箱 內(nèi) 的 電 熱 絲 加 熱 時 RT的取 值 范 圍 為 _ (2)有 一 種 由 PTC元 件 做 成 的 加 熱 器 ， 它 產(chǎn)生 的 焦 耳 熱 功 率 PR隨 溫 度 t變 化 的 圖 象 如 圖丙 所 示 該 加 熱 器 向 周 圍 散 熱 的 功 率 為 PQ k(t t0)， 其 中 t為 加 熱 器 的 溫 度 ， t0為 室溫 (本 題 中 取 20 )， k 0.1 W/ 當(dāng) PR PQ時 加 熱 器 的 溫 度 即 可 保 持 穩(wěn) 定 ，則 該 加 熱 器 工 作 的 穩(wěn) 定 溫 度 為 _ ； (單 選 )某 次 工 作 中 ， 該 加 熱 器 從 室 溫 升 高至 穩(wěn) 定 溫 度 的 過 程 中 ， 下 列 溫 度 變 化 過 程 用時 最 短 的 是 ( ) A 20 24 B 32 26 C 48 52 D 60 64 謝謝觀看！