高考物理一輪復(fù)習 103 實驗 傳感器的簡單應(yīng)用課件 新人教版

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1、學案學案3 實驗：傳感器的簡單使用實驗：傳感器的簡單使用 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?1.了解傳感器的工作過程，探究敏感元件的特性。了解傳感器的工作過程，探究敏感元件的特性。 2.能夠簡單使用傳感器。能夠簡單使用傳感器。 二、實驗原理二、實驗原理 傳感器是將它感受到的物理量傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一一般是電學量般是電學量)。其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一。其工作過程是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)換成便于利用的信號。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換定規(guī)律轉(zhuǎn)換成

2、便于利用的信號。例如，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，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以達到方便檢測、自動控制、遙控等各種轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可以達到方便檢測、自動控制、遙控等各種目的了。目的了。 三、實驗器材三、實驗器材 熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計、熱水、多用電表、小燈泡、學生電源、熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計、熱水、多用電表、小燈泡、學生電源、開關(guān)、滑動變阻器、鐵架臺、導(dǎo)線若干。開關(guān)、滑動變阻器、鐵架臺、導(dǎo)線若干。 1.研究

3、熱敏電阻的熱敏特性。研究熱敏電阻的熱敏特性。 (1)按圖所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。按圖所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 (2)把多用電表置于把多用電表置于“歐姆擋歐姆擋”，并選擇適當?shù)牧砍虦y出燒杯中，并選擇適當?shù)牧砍虦y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)；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；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，測出不同溫度下熱敏電阻的阻將熱水分

4、幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻 值，并記錄；值，并記錄； (5)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性。特性。 (6)在圖坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變在圖坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線?；膱D線。 (7)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t 圖線，得出結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨圖線，得出結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。 次數(shù)次數(shù)待測量待測量溫度溫度()電阻電阻( ) 四、實驗步驟四、實驗步驟 (1)將光電

5、傳感器、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖所示電路連接好，其中多用電表置于圖所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋；擋； (2)先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)；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；逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄； (4)用手掌用手掌(或黑紙或黑紙)遮光時電阻值又是多少？并記錄；遮光時電阻值又是多少？并記錄； (5)把記錄的結(jié)果填入

6、下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。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。 結(jié)論：結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強，電阻變小，光照減光敏電阻的阻值被光照射時發(fā)生變化，光照增強，電阻變小，光照減弱，電阻變大。弱，電阻變大。 五、注意事項五、注意事項 1.燒杯中加水改變溫度時，要等待溫度穩(wěn)定后再測熱敏電阻的阻值。并同時燒杯中加水改變溫度時，要等待溫度穩(wěn)定后再測熱敏電阻的阻值。并同時讀取溫度值。讀取溫度值。 2.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 3.調(diào)節(jié)燈泡亮度時，注意不要超過其額定電壓。調(diào)節(jié)燈泡亮度時，注意不要超過其額定電壓。光照強

7、度光照強度弱弱中中強強無光照射無光照射阻值阻值( ) 2.研究光敏電阻的光敏特性。研究光敏電阻的光敏特性。【例例1】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(照度照度 可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻。某光敏電阻Rp在不同在不同 照度下的阻值如下表：照度下的阻值如下表： (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系根據(jù)

8、表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標系(圖圖)中描繪中描繪 出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度 變化的特點。變化的特點。 照度照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻電阻(k )754028232018考點考點1 1 光敏電阻的應(yīng)用光敏電阻的應(yīng)用 (2)如圖所示，當如圖所示，當1、2兩端所加電壓上升至兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關(guān)自動啟時，控制開關(guān)自動啟 動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計 一個簡一個簡 單電路，給單電路，給1、2兩端提供電兩端提供電 壓，要求當天色漸暗照度降低至壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0 (

9、lx)時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完 成電路原理圖。成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對不考慮控制開關(guān)對 所設(shè)計電路的影響所設(shè)計電路的影響) 提供的器材如下：提供的器材如下： 光敏電阻光敏電阻RP(符號符號 ，阻值見上表，阻值見上表)； 直流電源直流電源E(電動勢電動勢3 V，內(nèi)阻不計，內(nèi)阻不計)； 定值電阻：定值電阻：R1=10 k ，R2=20 k ， R3=40 k (限選其中之一并在圖中標出限選其中之一并在圖中標出) 開關(guān)開關(guān)S及導(dǎo)線若干。及導(dǎo)線若干。 【解析解析】(1)光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖甲所示，其特點是：光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖甲所示，其特點是

10、：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。 (2)當光照度降至當光照度降至1.0(lx)時，光敏電阻的阻值為時，光敏電阻的阻值為RP=20 k ，設(shè)計原，設(shè)計原理圖如圖乙所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓理圖如圖乙所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓 即即 R=10 k 即與即與RP串聯(lián)的電阻應(yīng)選串聯(lián)的電阻應(yīng)選R1=10 k 。甲甲乙乙RUERUp1212 R23202 1北京奧運會帆船賽場采用風力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提北京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(guān)，實現(xiàn)供電能。用光敏電阻作為傳感器控

11、制路燈電路的開關(guān)，實現(xiàn)自動控制。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，照射光較強以近似認為，照射光較強(如白天如白天)時電阻幾乎為時電阻幾乎為0；照射光較；照射光較弱弱(如黑天如黑天)時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，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(guān)，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開。借助電磁開關(guān)，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別兩接線柱

12、分別與彈簧片和觸點連接。當勵磁線圈中電流大于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，彈簧片時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，和觸點分離，3、4斷開；電流小于斷開；電流小于50 mA時，時，3、4接通。勵磁線圈中允許通過的最接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為大電流為100 mA。(1)利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖。利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖。 光敏電阻光敏電阻R1，符號，符號 燈泡燈泡L，額定功率，額定功率40 W，額定電壓，額定電壓36 V，符號，符號 保護電阻保護電阻R2，符號，符號 電磁開關(guān)，符號電磁

13、開關(guān)，符號 蓄電池蓄電池E，電壓，電壓36 V，內(nèi)阻很??；開關(guān)，內(nèi)阻很小；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。，導(dǎo)線若干。 (2)回答下列問題：回答下列問題： 如果勵磁線圈的電阻為如果勵磁線圈的電阻為200 ，勵磁線圈允許加的最大電壓為，勵磁線圈允許加的最大電壓為 _V，保護電阻，保護電阻R2的阻值范圍為的阻值范圍為_ 。 在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合 鐵片時，接線柱鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?。為此，電磁開關(guān)內(nèi)部之間從斷開變?yōu)榻油?。為此，電磁開關(guān)內(nèi)部 結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造

14、？請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。 答：答：_。 任意舉出一個其它的電磁鐵應(yīng)用的例子。任意舉出一個其它的電磁鐵應(yīng)用的例子。 答：答：_。 【解析解析】本題考查了光敏電阻在實際中的應(yīng)本題考查了光敏電阻在實際中的應(yīng)用，考查學生應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力。用，考查學生應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力。 (1)電路原理如圖所示電路原理如圖所示 (2)20 160520 把觸點從彈簧片右側(cè)把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當電磁鐵吸合鐵片時，移到彈簧片左側(cè)，保證當電磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合時，之間接通；不吸合時，3、4之間斷開之間斷開 電磁起重機電磁起重機考點考點2 2 熱敏電阻

15、的應(yīng)用熱敏電阻的應(yīng)用【例例2】2010年高考新課標全國卷年高考新課標全國卷用對溫度敏感的用對溫度敏感的 半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻RT，在給定溫度范圍，在給定溫度范圍 內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學將內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學將RT 和兩個適當?shù)墓潭娮韬蛢蓚€適當?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖虛線框內(nèi)所示連成圖虛線框內(nèi)所示 的電路，以使該電路的等效電阻的電路，以使該電路的等效電阻RL的阻值隨的阻值隨RT所處所處 環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值環(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(shè)計，他采用伏安法測量在不同溫

16、度下范圍。為了驗證這個設(shè)計，他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻的阻 值，測量電路如圖所示。圖中的電壓表內(nèi)阻很大。值，測量電路如圖所示。圖中的電壓表內(nèi)阻很大。RL的測量結(jié)果如表的測量結(jié)果如表 格所示。格所示。溫度溫度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值阻值/ 54.351.548.344.741.437.934.7(2)為了檢驗為了檢驗RL與與t之間近似為線性關(guān)系，在如圖所示的坐標之間近似為線性關(guān)系，在如圖所示的坐標 紙上作紙上作RL-t關(guān)系圖線。關(guān)系圖線?；卮鹣铝袉栴}：回答下列問題：(1)根據(jù)如圖根據(jù)如圖10-3-9所示的電路，在圖所示的實物圖上連線。所示的電

17、路，在圖所示的實物圖上連線。(3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖甲、乙所示。電流表的在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖甲、乙所示。電流表的 讀數(shù)為讀數(shù)為_，電壓表的讀數(shù)為，電壓表的讀數(shù)為_。此時等效電阻。此時等效電阻R1的阻值為的阻值為 _；熱敏電阻所處環(huán)境的；熱敏電阻所處環(huán)境的 溫度約為溫度約為_。甲甲乙乙 【解析解析】 (1)(2)如答案中的圖。如答案中的圖。 (3)由題圖讀得電流表讀數(shù)為由題圖讀得電流表讀數(shù)為115 mA，電壓表讀數(shù)為，電壓表讀數(shù)為5.0 V，則，則RL=U/I=50/0.115 43.5 。 由題表由題表1知，對應(yīng)溫度約為知，對應(yīng)溫度約為64

18、.0(62.066.0之間某一值均可之間某一值均可)。(2)RL-t關(guān)系曲線如圖所示關(guān)系曲線如圖所示(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 (6266 )【答案答案】(1)連線如圖所示。連線如圖所示。 2傳感器擔負著信息的采集任務(wù)，在自動控制中發(fā)傳感器擔負著信息的采集任務(wù)，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹繐]著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如如溫度、光、聲等溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量轉(zhuǎn)換成便于測量的量(通常是電通常是電學量學量)，例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材，例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻，熱敏電阻隨溫度變化的圖線

19、料制成的熱敏電阻，熱敏電阻隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡單自動報警器線路圖。作為傳感器制作的簡單自動報警器線路圖。(1)為了使溫度過高時報警器鈴響，為了使溫度過高時報警器鈴響，c應(yīng)接在應(yīng)接在_(填填“a”或或“b”)處。處。(2)若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片P點向點向_(填填“左左”或或“右右”)移動。移動。(3)如果在調(diào)試報警器達最低報警溫度時，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片如果在調(diào)試報警器達最低報警溫度時，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P都不能使都不能使 報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路 實際不能工作的原因可能是實際不能工作的原因可能是_。 可能是乙圖中左邊電源端電壓太小，可能是乙圖中左邊電源端電壓太小，或者線圈的匝數(shù)太少，或者彈簧的勁度系數(shù)太大等或者線圈的匝數(shù)太少，或者彈簧的勁度系數(shù)太大等a左左