2019年高考物理大一轮复习 实验12 传感器的简单应用学案 新人教版

实验12传感器的简单应用一、实验目的1认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性2了解传感器的简单应用二、实验要求(一)研究热敏电阻的热敏特性1实验原理：闭合电路的欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察2实验器材：NTC热敏电阻，多用电表，温度计，水杯、冷水和热水3实验步骤(1)按图所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理(2)把多用电表置于“欧姆”挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值(4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录4数据处理：在下图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线5实验结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大，半导体热敏电阻也可以用作温度传感器(二)研究光敏电阻的光敏特性1实验原理：闭合电路的欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察2实验器材：光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线3实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示电路连接好，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4数据处理：根据记录数据分析光敏电阻的特性5实验结论(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量(三)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零一、热敏电阻的应用 用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的某同学将RT和两个适当的固定电阻R1、R2连成如图甲虚线框内所示的电路，以使电路的等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路器材如图乙所示，图中的电压表内阻很大RL的测量结果如表所示温度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值/543515483447414379347回答下列问题：(1)根据图甲所示的电路，在图乙所示的实物图上连线(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在坐标纸上作RLt关系图线(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图丙、丁所示电流表的读数为_，电压表的读数为_.此时等效电阻RL的阻值为_；热敏电阻所处环境的温度约为_.解析：(1)根据电路图连接实物图，R1与RT并联，再与R2串联，滑动变阻器为限流接法，注意各电表的极性，开关控制整个电路，实物连图如答案图所示(2)根据表中数据，在RLt图象中描点，作RLt图象为一条直线如答案图所示(3)读出电压U500 V，电流I115 mARL435 ，再由RLt关系图线找出RL435 对应的温度t640.答案：(1)连线如图所示(2)RLt关系图线如图所示(3)115 mA500 V435 640 (6266 均正确)二、光电传感器的应用 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ROS在不同照度下的阻值如下表所示：照度(lx)0.20.40.60.8101 2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在如图给定的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线，并说明光敏电阻阻值随照度变化的特点(2)如图所示，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10 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ROS(符号，阻值见上面表格)直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R110 k、R220 k、R340 k(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，在坐标系中描点连线，得到如图所示的变化曲线由图可知光敏电阻阻值随照度变化的特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小(2)因天色渐暗、照度降低至10 lx时启动照明系统，此时光敏电阻阻值为20 k，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 k，即选用R1此电路的原理图如图所示答案：见解析三、传感器在实验中的应用 传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表 (实质是理想电流表)组成压力传感器表面能承受的最大压强为1107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为48 V，取g10 m/s2请作答：压力F/N02505007501 0001 2501 500电压R/300270240210180150120(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘_A处(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的质量是_kg.解析：(1)由题表格知，踏板空载时，压力传感器的电阻R300 ，此时中电流I A16102 A(2)当电流I20 mA2102 A时，压力传感器的电阻R 240 ，对应表格中，这个人的质量为50 kg.答案：(1)16102(2)505