【物理】2018届一轮复习人教版 传感器的简单使用 学案 20页

第66课时　传感器的简单使用(实验提能课)‎ 一、实验目的 ‎1．认识热敏电阻、光敏电阻等敏感元器件的特性。‎ ‎2．了解传感器的使用方法。‎ 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)实验步骤 ‎①按图示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。‎ ‎②将热水和冷水分n次注入烧杯中，记录每一次温度值和两电表读数。‎ ‎③利用R＝计算出每一次热敏电阻的阻值。‎ ‎(2)数据处理 ‎①根据记录数据，把测量到的温度值和电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。‎ ‎　　　 次数 待测量 　　　‎ 温度(℃)‎ 电阻(Ω)‎ ‎②在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。‎ ‎③根据Rt图线，得出结论(热敏电阻的阻值随温度的升高而减小)。‎ ‎2．研究光敏电阻的光敏特性 ‎(1)实验步骤 ‎①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，并将多用电表置于“×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，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录。‎ ‎(2)数据处理 把记录的结果填入表中，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、注意事项 ‎1．在做热敏电阻实验时，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，并同时读出水温和电压、电流值。‎ ‎2．光敏电阻实验中，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照射到光敏电阻上的光的强度。‎ 考点(一)　研究热敏电阻 ‎[例1]　(2017·洛阳一模)某同学要研究一质地均匀、圆柱形的热敏电阻电阻率随温度的变化规律，其部分步骤如下：‎ ‎(1)用游标为20分度的卡尺测量其长度如图甲所示，由图可知其长度为________mm；‎ ‎(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙，由图可知其直径为________mm；‎ ‎(3)该同学利用以下实验器材设计实验研究热敏电阻阻值随温度的变化规律：‎ A．热敏电阻(常温下约300 Ω)‎ B．温度计 C．电流表A1(0～60 mA，约10 Ω)‎ D．电流表A2(0～‎3 A，约0.1 Ω)‎ E．电压表V(0～6 V，约15 kΩ)‎ F．滑动变阻器R1(200 Ω，‎0.5 A)‎ G．滑动变阻器R2(5 Ω，‎2 A)‎ H．蓄电池(9 V,0.05 Ω)‎ I．开关一个，带夹的导线若干 ‎①实验要求通过热敏电阻的电流从零开始增加，电流表应选择________，滑动变阻器选择________。‎ ‎②为精确测量该热敏电阻，请在下图中完成实验器材连接。‎ ‎[解析]　(1)游标卡尺的读数为‎52.55 mm。‎ ‎(2)螺旋测微器的读数为‎4.800 mm。‎ ‎(3)①估算电路中电流值，电流表应选C。滑动变阻器应选G。‎ ‎②电路连接如图。‎ ‎[答案]　见解析 该题考查游标卡尺和螺旋测微器的读数，实验仪器的选择、实验电路的设计和实物连接，在电路设计中主要考查电流表外接法和滑动变阻器的分压式接法，这一点和电学其他实验没有很大区别。因此，与传感器有关的实验大都可以利用常规电学实验的思路来解题。‎ 考点(二)　光敏电阻传感器的应用 ‎[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，请在如图甲所示的坐标系中描绘出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)描绘图像应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线。光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小。‎ ‎(2)根据串联电阻的正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0 lx时，其电压升至2 V，由图线甲知，此时光敏电阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，串联电阻分压UR＝1 V，由＝＝2得R＝＝10 kΩ，故选定值电阻R1，电路原理图如图乙所示。‎ ‎[答案]　见解析 本题考查了实验数据的处理、图像的分析和光控照明电路的设计，通过图像得出了光敏电阻随光照度的增大阻值减小的特点。在设计光控照明电路时，正好利用了光敏电阻的这个特点，利用串联电路的分压特点，来实验光敏电阻对光控开关的控制。‎ 实验原理 的拓展 使用热敏电阻等敏感元件可以实现自动报警、自动控制等。‎ 实验器材 的替代 使用单刀双掷开关实现热敏电阻和电阻箱的等效代替，如图所示：‎ 数据处理 的创新 利用估算法，选择滑动变阻器，利用等效代替法对电路进行调试。‎ ‎[例3]　(2016·全国乙卷)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过‎60 ℃‎时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。‎ 在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在‎60 ℃‎时阻值为650.0 Ω。‎ ‎(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。‎ ‎(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R‎1”‎或“R‎2”‎)。‎ ‎(3)按照下列步骤调节此报警系统：‎ ‎①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。‎ ‎(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。‎ ‎[解析]　(1)电路图连接如图。‎ ‎(2)报警器开始报警时，对整个回路有 U＝Ic(R滑＋R热)‎ 代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2。‎ ‎(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝ A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。‎ ‎[答案]　(1)连线见解析图　(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警 本题从热敏电阻的应用、报警电路的设计，利用等效代替法、估算法等几个方面，进行了电学实验的创新，可以培养灵活处理电学实验问题的能力。本题中滑动变阻器的限流式接法、电阻箱在电路中等效代替的作用和电学其他实验是基本一致的。‎ ‎[创新演练]‎ 如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内； 为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω，S为开关。已知RT在‎95 ℃‎时的阻值为150 Ω，在‎20 ℃‎时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在20 ℃～‎95 ℃‎之间的多个温度下RT的阻值。‎ ‎(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。‎ ‎(2)完成下列实验步骤中的填空：‎ a．依照实验原理电路图连线。‎ b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为‎95 ℃‎。‎ c．将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全。‎ d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________。‎ e．将RT的温度降为T1(‎20 ℃‎