2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡(jiǎn)單使用課件.ppt

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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 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 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 稱(chēng)為熱電阻 能把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為 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(xiàn) 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 C 2 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 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D49 3 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(xiàn)圈的電流大于或等于20mA時(shí) 繼電 器的銜鐵被吸合 為繼電器線(xiàn)圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì)E 9 0V 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(xiàn)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(xiàn)圈中的電流變大 當(dāng)線(xiàn)圈的電流大于或等于20mA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(xiàn)圈中的電流變小 當(dāng)線(xiàn)圈的電流小于20mA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50 時(shí)線(xiàn)圈內(nèi)的電流為20mA 由閉合電路歐姆定律I Er R R 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)15mA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 1 提供的實(shí)驗(yàn)器材有 電源E1 3V 內(nèi)阻不計(jì) 電源E2 6V 內(nèi)阻不計(jì) 滑動(dòng)變阻器R1 0 200 滑動(dòng)變阻器R2 0 500 熱敏電阻Rt 繼電器 電阻箱 0 999 9 開(kāi)關(guān)S 導(dǎo)線(xiàn)若干 為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)30 80 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 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R0 20 當(dāng)電流為15mA時(shí) E I Rt R0 3 3V 所以電源選E2 80 時(shí) 熱敏電阻阻值Rt 49 1 則E2 I Rt R0 R 此時(shí)變阻器阻值R 330 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 E2 R2 2 C 3 不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 4 考點(diǎn)2 光電傳感器的應(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(xiàn) 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2V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 0lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng) 在虛線(xiàn)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)3V 內(nèi)阻不計(jì) 定值電阻 R1 10k R2 20k R3 40k 限選其中之一并在圖中標(biāo)出 開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線(xiàn)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 0lx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(xiàn)性減小 2 如圖S11 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(xiàn)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U kmg 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k U0m0g 將待測(cè)物體放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上 記下輸出電壓U1