【物理】2018届一轮复习人教版实验十二　传感器的简单使用教案 7页

实验十二　传感器的简单使用 一、实验目的 ‎1．了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性．‎ ‎2．学会传感器的简单使用．‎ 二、实验原理 ‎1．传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)．‎ ‎2．其工作过程如下图所示．‎ 三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．‎ 四、实验过程 ‎1．研究热敏电阻的热敏特性 ‎(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如图甲所示)‎ ‎(2)准备好记录电阻与温度关系的表格．(如下表)‎ 次数 待测量　　　‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 温度(℃)‎ 电阻(Ω)‎ ‎(3)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中，把记录的数据画在R－T图中，得图线如图乙所示．‎ ‎2．研究光敏电阻的光敏特性 ‎(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按下图所示电路连接好，其中多用电表置于“×‎100”‎挡；‎ ‎(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；‎ ‎(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；‎ ‎(4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少？并记录．‎ 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性．‎ 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值(Ω)‎ 结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大．‎ 五、误差分析 本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数．‎ 六、注意事项 ‎1．在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．‎ ‎2．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少．‎ ‎ 3．欧姆表每次换挡后都要重新调零.‎ 考点一　热敏电阻特性及应用 ‎[典例1]　热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5 Ω.将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干．‎ ‎(1)画出实验电路图；‎ ‎(2)根据电路图，在如图所示的实物图上连线；‎ ‎(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤．‎ 解析　常温下待测热敏电阻的阻值(约4～5 Ω)较小，应该选用电流表外接法．热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式．‎ ‎(1)实验电路如下图所示．‎ ‎(2)根据电路图，连接实物图如下图所示．‎ ‎(3)完成接线后的主要实验步骤：①往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；②调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；③重复①和②，测量不同温度下的数据；④绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线．‎ 答案　见解析 考点二　光敏电阻的特性及应用 ‎[典例2]　为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：‎ 照度(lx)‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在图甲给定所示的坐标系中描绘出光敏电阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．‎ ‎(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路．给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)‎ 提供的器材如下：‎ 光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；‎ 直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；‎ 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．‎ 解析　(1)根据表中的数据，在坐标纸上描点连线，得到如图所示的变化曲线．‎ 阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．‎ ‎(2)因天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，故应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1；此电路的原理图如图所示．‎ 答案　(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线见解析 光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小 ‎(2)电路原理图见解析图 考点三　传感器在实际中的应用 ‎[典例3]　如图所示装置可以用来测量硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数k.电源的电动势为E，内阻可忽略不计；滑动变阻器全长为L，重力加速度为g. 为理想电压表．当木板上没有放重物时，滑动变阻器的触头位于图中a点，此时电压表示数为零．在木板上放置质量为m的重物，滑动变阻器的触头随木板一起下移．由电压表的示数U及其他给定条件，可计算出弹簧的劲度系数k.‎ ‎(1)写出m、U与k之间所满足的关系式．‎ ‎(2)已知E＝1.50 V，L＝‎12.0 cm，g取‎9.80 m/s2.测量结果如下表：‎ m/kg ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎3.00‎ ‎4.50‎ ‎6.00‎ ‎7.50‎ U/V ‎0.108‎ ‎0.154‎ ‎0.290‎ ‎0.446‎ ‎0.608‎ ‎0.740‎ ‎①在下图中给出的坐标纸上利用表中数据描出m－U直线．‎ ‎②m－U直线的斜率为________kg/V(结果保留三位有效数字)；‎ ‎③弹簧的劲度系数k＝________N/m(结果保留三位有效数字)．‎ 解析　(1)设放置质量为m的物体时弹簧的压缩量为x，则有mg＝kx又U＝E 解得m＝U.‎ ‎(2)①用描点法作图，作出的图象如图所示．‎ ‎②选取(0,0)、(0.90,9)两点，‎ 则斜率为＝ kg/V＝10.0 kg/V.‎ ‎③因m＝U，故＝，‎ k＝·＝10.0× N/m≈1.23×103 N/m.‎ 答案　(1)m＝U　(2)①见解析图　②10.0‎ ‎③1.23×103‎