【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡單使用 新人教版選修3-1

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1、實(shí)驗(yàn)十一　傳感器的簡單使用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．認(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性． 2．了解傳感器的簡單應(yīng)用． 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電 學(xué)量)． 2．其工作過程如圖1所示： 圖1 三、實(shí)驗(yàn)器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等． 四、實(shí)驗(yàn)過程 1．研究熱敏電阻的熱敏特性 (1)實(shí)驗(yàn)步驟①按圖2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)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒 有熱水時(shí)熱敏電阻的阻值，

2、并記下溫度計(jì)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(jì)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值， 圖2 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、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性. 次數(shù) 待測量 溫度(℃) 電阻(Ω) ②在圖3坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的 圖線． ③根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R－t圖線，得出結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨 溫度的

3、升高而減小，隨溫度的降低而增大． 圖3 2．研究光敏電阻的光敏特性 (1)實(shí)驗(yàn)步驟 ①將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖4所示電 路連接好，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值，并記錄數(shù) 據(jù)； 圖4 ③接通電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小燈泡的亮度逐漸變亮，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)遮住光，觀察光敏電阻的阻值又是多少，并記錄．

4、(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(qiáng)度 弱 中 強(qiáng) 無光照射 阻值(Ω) 結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化,光照增強(qiáng)電阻變小,光照減弱電阻變大. 五、注意事項(xiàng) 1．在做熱敏實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開水后要等一會(huì)兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫． 2．光敏實(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，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少． 3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零． 六、實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 對于熱敏電阻的特性，可用以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行： 如圖5所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋

5、，再將多用 電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連，這時(shí) 表針指在某一刻度，觀察下 圖5 述操作過程中指針的偏轉(zhuǎn)情況： 操作一：往RT上擦一些酒精． 操作二：用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻． 根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向判定熱敏電阻的特性． 實(shí)驗(yàn)分析： 1．操作一中指針左偏，說明RT的阻值增大；酒精蒸發(fā)吸熱，溫度降低，所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大． 2．操作二中指針右偏，RT的阻值減小，而電阻RT溫度升高，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小． 優(yōu)點(diǎn)：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)簡單易操作，同學(xué)們能很快得出結(jié)論.

6、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考點(diǎn)一　熱敏電阻的實(shí)際應(yīng)用 例1　(2020·新課標(biāo)全國·23)用對溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的某 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6虛 圖6 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)，他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻值，測量電路如圖6所示，圖中的電壓表內(nèi)阻很大．RL的測量結(jié)果如表格所示. 溫度t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0

7、 80.0 90.0 RL阻值/Ω 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7 回答下列問題： (1)根據(jù)圖6所示的電路，在圖7所示的實(shí)物圖上連線． 圖7 (2)為了檢驗(yàn)RL與溫度t之間近似為線性關(guān)系，在圖8所示的坐標(biāo)紙上作RL－t關(guān)系 圖線． 圖8 (3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖9、10所示．電流表的讀數(shù)為________，電壓表的讀數(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________． 　　　圖9　　　　　圖10 考點(diǎn)二　光敏電阻傳感器

8、例2　青島奧運(yùn)會(huì)帆船賽場采用風(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，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射 光較強(qiáng)(如白天)時(shí)電阻幾乎為0，照射光較弱(如黑天)時(shí) 電阻接近于無窮大．利用光敏電阻作為傳感器，借助電 圖11 磁開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)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11 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、

9、4接通．勵(lì)磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA. (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．光敏電阻R1， 符號(hào)；燈泡L，額定功率40 W，額定電壓36 V，符號(hào)；保護(hù)電阻R2，符號(hào)；電磁開關(guān)，符號(hào)；蓄電池E，電壓36 V，內(nèi)阻很?。婚_關(guān)S，導(dǎo)線若干． (2)回答下列問題： ①如果勵(lì)磁線圈的電阻為200 Ω,勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為______V，保護(hù)電阻 R2的阻值范圍為________Ω. ②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(shí)，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油ǎ疄榇?，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

10、明． 答：___________________________________________________________________. ③任意舉出一個(gè)其它的電磁鐵應(yīng)用的例子． 答：___________________________________________________________________. 　 1．在街旁的路燈，江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的 (　　) A．壓敏性 B．光敏性 C．

11、熱敏性 D．三種特性都利用 2．如圖12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 圖12 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 3．酒精測試儀用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T是否酗酒及其他嚴(yán)禁 酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測．它利用的是一種二氧化錫 半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，酒精氣體傳感器的電阻隨 酒精氣體濃度的變化而變化．在如圖13所示的電路 中，酒精氣體的不同濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻．

12、 圖13 這樣，電壓表的指針就與酒精氣體濃度有了對應(yīng)關(guān)系．如果二氧化錫半導(dǎo)體型酒精 體傳感器電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比，那么，電壓表示數(shù)U與酒精氣體 濃度C之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是 (　　) A．U越大，表示C越大， C與U成正比 B．U越大，表示C越大， 但是C與U不成正比 C．U越大，表示C越小，C與U成正比 D．U越大，表示C越小，但是C與U 不成反比 4．一臺(tái)臭氧發(fā)生器P的電阻為10 kΩ，當(dāng)供電電壓等于24 V時(shí)能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧．現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動(dòng)消毒裝置，要求它在有光照時(shí)能產(chǎn)生臭氧，在黑暗時(shí)不

13、產(chǎn)生臭氧，擬用一個(gè)光敏電阻R1對它進(jìn)行控制，R1的阻值在有光照時(shí)為100 Ω，黑暗時(shí)為1 000 Ω，允許通過的最大電流為3 mA；電源E的電壓為36 V，內(nèi)阻不計(jì)；另有一個(gè)滑動(dòng)變阻器R2，阻值為0～100 Ω， 允許通過的最大電流為0.4 A；一個(gè)開 關(guān)S和導(dǎo)線若干．臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號(hào)如圖14 圖14 所示．設(shè)計(jì)一個(gè)滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標(biāo)上字母代 號(hào)，其中滑動(dòng)變阻器兩固定接線柱端分別標(biāo)上字母A、B.(電路圖畫在虛線框內(nèi)) 5．(2020·大綱全國理綜Ⅱ·23)如圖15所示，一熱敏電阻RT放在控 溫容器M內(nèi)；為毫安表，量程6

14、mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為 直流電源，電動(dòng)勢約為3 V，內(nèi)阻很?。籖為電阻箱，最大阻 值為999.9 Ω；S為開關(guān)．已知RT在95 ℃時(shí)的阻值為150 Ω， 圖15 在20 ℃時(shí)的阻值約為550 Ω.現(xiàn)要求在降溫過程中測量在95 ℃～20 ℃之間的多個(gè)溫 度下RT的阻值． (1)在圖中畫出連線，完成實(shí)驗(yàn)原理電路圖． (2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空： a．依照實(shí)驗(yàn)原理電路圖連線． b．調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT溫度為95 ℃. c．將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?，以保證儀器安全． d．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____________

15、． e．將RT的溫度降為T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)_____，記錄______________． f．溫度為T1時(shí)熱敏電阻的電阻值RT1＝__________. g．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e、f. 答案 例1　(1)、 (2)根據(jù)數(shù)據(jù)描出點(diǎn)，作出直線； (3)115 mA　5.00 V 43．5 Ω　64.0 °C 例2　(1)電路原理圖見解析 (2)①20　160～320?、诎延|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．?、垭姶牌鹬貦C(jī) 隨堂訓(xùn)練 1．B 2．ABC　 3．B　 4．為了能控制臭氧發(fā)生器，應(yīng)該使用滑動(dòng)變阻器的分壓式連接，有光照時(shí)P能正常工作，無光照時(shí)P不工作．電路圖如下： 5．(1)實(shí)驗(yàn)原理電路圖，如圖所示 (2)d.電阻箱的讀數(shù)R0　e．仍為I0 電阻箱的讀數(shù)R1　f．R0－R1＋150Ω