天津市武清區(qū)楊村第四中學(xué)高三物理 第3講實(shí)驗(yàn)傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用復(fù)習(xí)課件

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1、第第3講實(shí)驗(yàn)講實(shí)驗(yàn):傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)1.知道傳感器的作用.一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹R(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)2.觀察熱敏電阻和光敏電阻的阻值是如何隨熱信號(hào)和光信號(hào)而變化的.二、實(shí)驗(yàn)原理傳感器是將它所感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)的一類元件.例如:熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào);光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào).轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的儀器進(jìn)行處理,就可達(dá)到自動(dòng)控制等各種目的.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、溫度計(jì)、歐姆表、燒杯、熱敏電阻、光敏電阻、導(dǎo)線、紙帶、光電計(jì)數(shù)器、鉤碼.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)1.熱敏特性實(shí)驗(yàn):如圖所

2、示.四、實(shí)驗(yàn)步驟知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(2)將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋,將兩表筆短接,調(diào)零后再將兩支表筆分別與熱敏電阻的兩個(gè)接觸端相連.(1)在燒杯內(nèi)倒入少量冷水,放在鐵架臺(tái)上,將懸掛在鐵架臺(tái)上的溫度計(jì)放入水中.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(3)將熱敏電阻放入燒杯內(nèi)的水中,在歐姆擋上選擇合適的倍率,再調(diào)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(nèi).實(shí)驗(yàn)記錄:實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456溫度/ 電阻/ 知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(5)通過(guò)比較這些測(cè)得的數(shù)據(jù),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(nèi)倒入開水,觀察不同溫度時(shí)熱敏電阻的阻值,記錄在表格內(nèi).(6)將多用電表

3、的選擇開關(guān)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(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)2.光敏電阻特性實(shí)驗(yàn):如圖所示.(1)將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,選擇合適的倍率,將兩支表筆短接后調(diào)零.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(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(lái).(2)把多用電表的兩支表筆接到光敏電阻的兩個(gè)輸出端,讀出表盤指示的光敏電阻的阻值,并記錄下來(lái).(4)上下移動(dòng)手掌,觀察光敏電阻阻值的變化.(5)將多用電表的選擇開關(guān)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(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)3.光電計(jì)數(shù)的基本原理將鉤碼放在紙

4、帶上,如圖所示.拖動(dòng)紙帶向前運(yùn)動(dòng),觀察光電計(jì)數(shù)器上的數(shù)字變化.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)4.簡(jiǎn)單自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)請(qǐng)同學(xué)們自己設(shè)計(jì)一個(gè)由熱敏電阻或光敏電阻作為傳感器的簡(jiǎn)單自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn).五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)2.可用圖象描出電阻隨溫度變化的圖線來(lái)分析其規(guī)律.1.在做熱敏電阻特性實(shí)驗(yàn)時(shí),加開水后要等一會(huì)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.在做光敏電阻特性的實(shí)驗(yàn)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(guò)蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少.4.光電計(jì)數(shù)器是比較精密的儀器,使用過(guò)程中注意輕拿輕放.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)一、熱敏電阻的特性知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)例1用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體

5、材料制成的某熱敏電阻RT,在給定溫度范圍內(nèi),其阻值隨溫度的變化是非線性的.某同學(xué)將RT和兩個(gè)適當(dāng)?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖甲虛線框內(nèi)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(yàn)證這個(gè)設(shè)計(jì),他采用伏安法測(cè)量在不同溫度下RL的阻值,測(cè)量電路如圖甲所示,圖中的電壓表內(nèi)阻很大.RL的測(cè)量結(jié)果如表所示.甲知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)溫度t()30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值()54.351.548.344.741.437.934.7知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(1)根據(jù)圖甲所示的電路,在圖乙所示的實(shí)物圖上連線.乙回答下列問(wèn)題:知識(shí)建

6、構(gòu)技能建構(gòu)(2)為了檢驗(yàn)RL與t之間近似為線性關(guān)系,在坐標(biāo)紙上作RL-t關(guān)系圖線.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(3)在某一溫度下,電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖丙、丁所示.電流表的示數(shù)為 ,電壓表的示數(shù)為 .此時(shí)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(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)【名師點(diǎn)金】本題是一道實(shí)驗(yàn)綜合題,既考查電路的連接、多用電表的讀數(shù),同時(shí)考查圖象的應(yīng)用,解答時(shí)要注意溫度變化時(shí)引起的電路各部分電阻、電流、電壓的變化.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】本題主要考查伏安法測(cè)電阻的知識(shí),需要考生明確實(shí)驗(yàn)的原理會(huì)根據(jù)電路圖進(jìn)行實(shí)物連線,會(huì)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).由圖中可得到電流表示數(shù)為115 mA,電壓

7、表讀數(shù)為5.00 V,RL=43.5 ,由RL-t圖象可知,該等效電阻對(duì)應(yīng)的溫度為64.0 .【答案】(1)如圖戊所示UI5.00V0.115A知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(2)關(guān)系曲線如圖己所示(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)變式訓(xùn)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(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路,繼電器線圈電阻為100 .當(dāng)線圈電流大于或等于10 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)E=6 V,內(nèi)阻不計(jì).圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源.甲乙知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在 兩端(填“A、B”或“

8、C、D”);(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50 ,可變電阻R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為 ;(3)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持100 ,可變電阻R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為 ;知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(4)若可變電阻R可在380 到470 范圍內(nèi)調(diào)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(shí),電路加熱設(shè)備應(yīng)工作,此時(shí)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(yīng)接A、B兩端.(2)恒溫箱內(nèi)的溫度保持50 ,由甲圖可知熱敏電阻在此溫度時(shí)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(yīng)調(diào)為400 .知識(shí)建構(gòu)技

9、能建構(gòu)(4)可變電阻R可在380 到470 范圍內(nèi)調(diào)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(duì)應(yīng)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(nèi)的溫度保持100 ,由甲圖可知熱敏電阻在此溫度時(shí)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(yīng)調(diào)為450 .知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)例2光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用,

10、比如用于街道路燈的自動(dòng)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(qǐng)連成正確的電路,達(dá)到日出燈熄,日落燈亮的效果.甲二、光傳感器的應(yīng)用知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)【名師點(diǎn)金】本題考查光敏電阻的特性及在傳感器中的應(yīng)用,同時(shí)考查了電路的連接,在能力方面重點(diǎn)考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與探究能力知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】如圖乙所示,當(dāng)天亮?xí)r,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(diǎn)斷開,路燈熄滅.當(dāng)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(diǎn)接通,路燈點(diǎn)亮.【答案】如圖乙所示知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)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(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)( )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.電路的路端電壓增大知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)燈泡的功率增大,故C項(xiàng)正確.【答案】ABC【解析】當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí),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(shí)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(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)正確;結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大,則小知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)2.(2010年高考全國(guó)理綜卷)如圖甲所

12、示,一熱敏電阻RT放在控溫容器M內(nèi);為毫安表,量程為6 mA,內(nèi)阻為數(shù)十歐姆;E為直流電源,電動(dòng)勢(shì)約為3 V,內(nèi)阻很小;R為電阻箱,最大阻值為999.9 ;S為開關(guān).已知RT 在95 時(shí)的阻值為150 ,在20 時(shí)的阻值約為550 .現(xiàn)要求在降溫過(guò)程中測(cè)量在95 20 之間的多個(gè)溫度下RT 的阻值.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空: 依照實(shí)驗(yàn)原理電路圖連線. 調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度,使得RT的溫度為95 . 將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?以保證儀器安全. 閉合開關(guān),調(diào)節(jié)電阻箱,記錄電流表的示數(shù)I0 ,并記錄 .將RT的溫度降為T1 (20 T195 );調(diào)節(jié)電阻箱,使得電流表的讀數(shù) ,

13、記錄 . 溫度為T1 時(shí)熱敏電阻的電阻值= . 逐步降低T1 的數(shù)值,直至20 為止;在每一溫度下重復(fù)步驟、1TR(1)在圖甲中畫出連線,完成實(shí)驗(yàn)原理電路圖.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(1)根據(jù)題意,題目中沒(méi)有提供滑動(dòng)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(lái)組成一閉合回路.【解析】本題考查閉合電路歐姆定律的有關(guān)知識(shí).知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(2)因?yàn)殡娫磧?nèi)阻很小可以忽略不計(jì),所以內(nèi)電壓可以忽略不計(jì).先調(diào)節(jié)控溫容器使RT的溫度為95 ,調(diào)節(jié)電阻箱使電流表示數(shù)為I0,此時(shí)電阻箱示數(shù)為R0,假設(shè)電流表內(nèi)阻為RA,電源電動(dòng)勢(shì)用E表示,有E=I0RA+I0150+I0R0,將RT的溫度降為T1,調(diào)節(jié)電阻箱使電

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

15、個(gè)豎立的狹長(zhǎng)矩形(在圖乙的左端),它的面積的物理意義是: .根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算的電容是 (結(jié)果保留三位有效數(shù)字).知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)【解析】由q=It可知,I-t圖象中的面積表示為通過(guò)電流傳感器的電荷量.由數(shù)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(guò)電流傳感器的電荷量 400440 FQU知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)4.(2009年高考寧夏理綜卷)青島奧運(yùn)會(huì)帆船賽場(chǎng)采用風(fēng)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(guān),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制.光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化,作為簡(jiǎn)化模型,可以近似認(rèn)為,照射光較強(qiáng)(如

16、白天)時(shí)電阻幾乎為0;照射光較弱(如黑夜)時(shí)電阻接近于無(wú)窮大.利用光敏電阻作為傳感器,借助電磁開關(guān),可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉,黑夜打開.電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖甲所示.1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈,3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接.當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50 mA時(shí),電磁鐵吸合鐵片,彈簧片和觸點(diǎn)分離,3、4斷開;電流小于50 mA時(shí),3、4接通.勵(lì)磁線圈中允許通過(guò)的最大電流為100 mA.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路,畫出電路原理圖.知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(2)回答下列問(wèn)題:如果勵(lì)磁線圈的電阻為200 ,勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為 V,保護(hù)電阻R2的

17、阻值范圍為 .在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場(chǎng)合,為了安全,往往需要在電磁鐵吸合鐵片時(shí),接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?為此,電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造?請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明.答: .任意舉出一個(gè)其他的電磁鐵應(yīng)用的例子.答: .知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)【解析】(1)電路原理如圖所示知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)(2)由U=IR得勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓U=ImR=0.1200 V=20 V;依據(jù)允許通過(guò)勵(lì)磁線圈的電流最大值和最小值計(jì)算得R2min= =160 ,R2max= =520 ,因此保護(hù)電阻R2的阻值范圍為160 520 .把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè),保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時(shí),3、4之間接通;不吸合時(shí),3、4之間斷開.電磁起重機(jī).【答案】見解析160.1min36IR0.05知識(shí)建構(gòu)技能建構(gòu)