高考物理一轮精细复习 （必备基础点拨+高考考点集结+考点专训）实验《 传感器的简单应用》》课件

一、实验目的一、实验目的 (1)认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性。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。了解传感器的简单应用。 二、实验原理二、实验原理 (1)传感器能够将感受到的物理量传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声力、热、光、声等等)转换成便于测量的量转换成便于测量的量(一般是电学量一般是电学量)。 (2)其工作过程如图实其工作过程如图实111所示：所示：超链接超链接图实图实111 三、实验器材三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、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、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。开关、导线等。 四、实验过程四、实验过程 1研究热敏电阻的热敏特性研究热敏电阻的热敏特性 (1)实验步骤：实验步骤： 按图实按图实112所示连接好电路，将热敏电阻绝缘所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；处理；图实图实112 把多用电表置于把多用电表置于“欧姆欧姆”挡，并选择适当的量程挡，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；的示数； 向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷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；阻值； 将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏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。电阻的阻值，并记录。 (2)数据处理：数据处理： 根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性。表中，分析热敏电阻的特性。电阻电阻()温度温度()次数次数待测量待测量 在图实在图实113坐标系中，粗略画坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。 根据实验数据和根据实验数据和Rt图线，得出图线，得出结论：热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的结论：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。降低而增大。图实图实113 2研究光敏电阻的光敏特性研究光敏电阻的光敏特性 (1)实验步骤：实验步骤： 将光敏电阻、多用电表、灯泡、将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图实滑动变阻器按如图实114所示电路所示电路连接好，其中多用电表置于连接好，其中多用电表置于“100”挡；挡； 先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，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；并记录数据； 接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小接通电源，让小灯泡发光，调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情灯泡的亮度逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；况，并记录；图实图实114 用手掌用手掌(或黑纸或黑纸)遮住光，观察光敏电阻的阻值又是遮住光，观察光敏电阻的阻值又是多少，并记录。多少，并记录。 (2)数据处理：数据处理： 把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电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。阻的特性。 结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增结论：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。强电阻变小，光照减弱电阻变大。阻值阻值()无光照射无光照射强强中中弱弱光照强度光照强度 五、注意事项五、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，并同时读出水其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温。温。 (2)在做光敏电阻实验中，如果效果不明显，可将电在做光敏电阻实验中，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射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。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。欧姆表每次换挡后都要重新调零。实验原理与操作实验原理与操作 例例1热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，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值约45 。将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，。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：盛有热水的热水瓶热水的热水瓶(图中未画出图中未画出)、电源、电源(3 V、内阻可忽略、内阻可忽略)、直流电流表直流电流表(内阻约内阻约1 )、直流电压表、直流电压表(内阻约内阻约5 k)、滑、滑动变阻器动变阻器(020 )、开关、导线若干。、开关、导线若干。图实图实115(1)画出实验电路图。画出实验电路图。(2)根据电路图，在图实根据电路图，在图实115所示的实物图上连线。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。简要写出完成接线后的主要实验步骤。 解析解析常温下待测热敏电阻的阻值常温下待测热敏电阻的阻值(约约45 )较小，较小，应该选用安培表外接法。热敏电阻的阻值随温度的升高应该选用安培表外接法。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。器选用分压式。 (1)实验电路如图实实验电路如图实116所示。所示。图实图实116(2)根据电路图，连接实物图如图实根据电路图，连接实物图如图实117所示。所示。图实图实117 (3)完成接线后的主要实验步骤：往保温杯里加一完成接线后的主要实验步骤：往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；调节滑动变些热水，待温度计稳定时读出温度计值；调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；重复和阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；重复和，测量不同温度下的数据；绘出各测量温度下的热，测量不同温度下的数据；绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线。敏电阻的伏安特性曲线。 答案答案见解析见解析题组演练题组演练1(2011江苏高考江苏高考)美国科学家美国科学家 Willard S. Boyle与与George E. Smith 因电荷耦合器件因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣的重要发明荣获获 2009 年度诺贝尔物理学奖。年度诺贝尔物理学奖。CCD 是将光学量转变是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有()A发光二极管发光二极管B热敏电阻热敏电阻C霍尔元件霍尔元件 D干电池干电池解析：传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化解析：传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转换为电学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量的元件。发光二极管是电学元件，是压、电流等电学量的元件。发光二极管是电学元件，是电能转换成光能的元件，不是传感器，电能转换成光能的元件，不是传感器，A错误；干电池是错误；干电池是一种电源，不是传感器，一种电源，不是传感器，D错误；热敏电阻受热时，其电错误；热敏电阻受热时，其电阻会发生变化，能把热学量转换成电学量，是传感器，阻会发生变化，能把热学量转换成电学量，是传感器，B正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成正确；霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量，是传感器，电压这个电学量，是传感器，C正确。正确。答案：答案：BC22007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应巨磁电阻效应”。基于巨磁。基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用。在下列有关其他电阻应纳米技术的第一次真正应用。在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是用的说法中，错误的是 ()A热敏电阻可应用于温度测控装置中热敏电阻可应用于温度测控装置中B光敏电阻是一种光电传感器光敏电阻是一种光电传感器C电阻丝可应用于电热设备中电阻丝可应用于电热设备中D电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C三个说三个说法均正确；交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们法均正确；交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以均可产生阻碍作用，所以D错误。错误。答案：答案：D3.(2013聊城模拟聊城模拟)如图实如图实118所示，所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L为小灯泡，为小灯泡，R3为光敏为光敏电阻，当照射光强度增大时电阻，当照射光强度增大时 () A电压表的示数增大电压表的示数增大BR2中电流减小中电流减小C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大电路的路端电压增大图实图实118解析：当照射光强度增大时，解析：当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻阻值减小，外电路电阻随随R3的减小而减小，的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，电压表的示数同时内电压增大，故电路路端电压减小，电压表的示数增大，增大，A项正确，项正确，D项错误；由路端电压减小，项错误；由路端电压减小，R1两端两端电压增大知，电压增大知，R2两端电压必减小，则两端电压必减小，则R2中电流减小，故中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故大，则小灯泡的功率增大，故C项正确。项正确。答案：答案：ABC数据处理与误差分析数据处理与误差分析 例例2用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻阻RT，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将性的。某同学将RT和两个适当的固定电阻和两个适当的固定电阻R1、R2连成图连成图实实119虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随的阻值随RT所处环境温度的变化近似为线性的，且具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测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图所示，图中的阻值，测量电路如图所示，图中的电压表内阻很大。的电压表内阻很大。RL的测量结果如下表所示。的测量结果如下表所示。 图实图实11934.737.941.444.748.351.554.3阻值阻值RL()90.080.070.060.050.040.030.0温度温度t() 回答下列问题：回答下列问题： (1)根据图实根据图实119所示的电路，在图实所示的电路，在图实1110所所示的实物图上连线。示的实物图上连线。图实图实1110 (2)为了验证为了验证RL与与t之间近似为线性关系，在图实之间近似为线性关系，在图实1111坐标纸上作坐标纸上作RLt关系图线。关系图线。图实图实1111 (3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图实如图实1112所示。电流表的读数为所示。电流表的读数为_，电压，电压表的读数为表的读数为_。此时等效电阻。此时等效电阻RL的阻值为的阻值为_；热敏电阻所处环境的温度约为；热敏电阻所处环境的温度约为_。图实图实1112解析解析(1)根据电路图连接实物图。根据电路图连接实物图。图实图实1113(2)根据数据描出点，作出直线。根据数据描出点，作出直线。图实图实1114 答案答案(1)见解析图见解析图(2)见解析图见解析图(3)115 mA500 V43.5 64.0 题组演练题组演练4利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工作的输送情况，如图实作的输送情况，如图实1115甲所示为某工厂成甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发能接收到发光元件光元件A发出的光，每当工件挡住发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示，若传送带始终匀速运与时间的关系，如图乙所示，若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确，则下述说法正确的是的是 ()图实图实1115A传送带运动的速度是传送带运动的速度是0.1 m/sB传送带运动的速度是传送带运动的速度是0.2 m/sC该传送带每小时输送该传送带每小时输送3600个工件个工件D该传送带每小时输送该传送带每小时输送7200个工件个工件答案：答案：BC5温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的。如图实的。如图实1116甲所示，电源的电动势甲所示，电源的电动势E9.0 V，内电阻不计；内电阻不计；G为灵敏电流计，内阻为灵敏电流计，内阻Rg保持不变；保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示。为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关闭合开关S，当，当R的温度等于的温度等于20时，电流表示数时，电流表示数I12 mA；当电流表的示数；当电流表的示数I23.6 mA时，热敏电阻的温时，热敏电阻的温度是度是_。图实图实1116答案：答案：120实验的改进与创新实验的改进与创新 例例3为了节能和环保，一些公共场所使用光控开为了节能和环保，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敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光。某光敏电阻敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：在不同照度下的阻值如下表：182023284075电阻电阻(k )1.21.00.80.60.40.2照度照度(lx) (1)根据表中数据，请在图实根据表中数据，请在图实1117所示的坐标系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。化的特点。图实图实1117(2)如图实如图实1118所示，当所示，当1、2两端所加电压上升至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，给一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：提供的器材如下：光敏电阻光敏电阻RP(符号符号 ，阻值见上表，阻值见上表)；直流电源直流电源E(电动势电动势3 V，内阻不计，内阻不计)；定值电阻：定值电阻：R110 k，R220 k，R340 k(限选限选其中之一并在图中标出其中之一并在图中标出)；开关开关S及导线若干。及导线若干。图实图实1118 解析解析(1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线描绘图象应注意：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。两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线。光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图实光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图实1119所所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小。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，根据串联电阻的正比分压关系，E3 V，当照度，当照度降低至降低至1.0 lx时，其电压升至时，其电压升至2 V，图实图实1120答案答案见解析见解析题组演练题组演练6利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变的温度降低，电路中电流将变_(填填“大大”或或“小小”)。(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为盘正中的温度为20 (如图实如图实1121甲甲)，则，则25 的刻度的刻度应在应在20 的刻度的的刻度的_(填填“左左”或或“右右”)侧。侧。图实图实1121(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材化，请用图乙中的器材(可增加元器件可增加元器件)设计一个电路。设计一个电路。解析：解析：(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流会减小。大，故电路中电流会减小。(2)由由(1)的分析知，温度越高，电流越大，的分析知，温度越高，电流越大，25 的刻度的刻度应对应较大电流，故在应对应较大电流，故在20 的刻度的右侧。的刻度的右侧。(3)如图所示。如图所示。答案：答案：(1)小小(2)右右(3)见解析见解析7.如图实如图实1122所示，一热敏电阻所示，一热敏电阻RT放在控温容器放在控温容器M内；内；A为毫安表，为毫安表，量程量程6 mA，内阻为数十欧姆；，内阻为数十欧姆；E为为直流电源，电动势约为直流电源，电动势约为3 V，内阻，内阻很小；很小；R为电阻箱，最大阻值为为电阻箱，最大阻值为999.9 ，S为开关。为开关。已知已知RT在在95 时的阻值为时的阻值为150 ，在，在20 时的阻值时的阻值约为约为550 。现要求在降温过程中测量在。现要求在降温过程中测量在2095 之间的多个温度下之间的多个温度下RT的阻值。的阻值。图实图实1122(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。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：完成下列实验步骤中的填空：a依照实验原理电路图连线。依照实验原理电路图连线。b调节控温容器调节控温容器M内的温度，使得内的温度，使得RT的温度为的温度为95。c将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全。d闭合开关。调节电阻箱，记录电流表的示数闭合开关。调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记，并记录录_。e将将RT的温度降为的温度降为T1(20 T195 )；调节电阻箱，；调节电阻箱，使得电流表的读数使得电流表的读数_，记录，记录_。f温度为温度为T1时热敏电阻的电阻值时热敏电阻的电阻值RT1_。g逐步降低逐步降低T1的数值，直到的数值，直到20 为止；在每一温度下为止；在每一温度下重复步骤重复步骤ef。解析：解析：(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联。不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联。(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电路的总电阻相等。路的总电阻相等。95 和和RT时对应的电路的电阻相等，有时对应的电路的电阻相等，有150R0RTR1，即，即RTR0R1150 。答案：答案：(1)实验原理电路图如图所示实验原理电路图如图所示(2)d.电阻箱的读数电阻箱的读数R0e仍为仍为I0电阻箱的读数电阻箱的读数R1fR0R1150