2020版高考物理大一轮复习 第十一章 实验十二 传感器的简单使用讲义（含解析）教科版.docx

实验十二传感器的简单使用一、研究热敏电阻的特性1.实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察.2.实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水.3.实验步骤(1)按图1连接好电路，将热敏电阻绝缘处理；图1(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.数据处理在图2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线.图25.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.6.注意事项实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温.二、研究光敏电阻的光敏特性1.实验原理闭合电路欧姆定律，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、电源.3.实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图3所示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；图3(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，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录；(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，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.6.注意事项(1)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多少来达到实验目的；(2)欧姆表每次换挡后都要重新进行欧姆调零.命题点一温度传感器的应用例1(2016全国卷23)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)，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1000)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000)，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18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA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.(1)在图4中完成待调节的报警系统原理电路图的连线.图4(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：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_；滑动变阻器的滑片置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_.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.答案(1)见解析图(2)R2(3)650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏c报警器开始报警解析(1)先用电阻箱替代热敏电阻，连接成闭合回路进行调试.电路图连接如图所示.(2)当电路中电流Ic10mA时，根据闭合电路欧姆定律有Ic，解得R总1800，此时热敏电阻的阻值为650，则滑动变阻器的阻值为1150，所以滑动变阻器选R2.(3)当热敏电阻阻值达到650时，报警器就会报警，用电阻箱替代热敏电阻进行调节，应把电阻箱的阻值调到650.若接通电源后电路中的电流过大(超过20mA)，报警器就会损坏，电流越小越安全，所以为了电路安全，闭合开关前滑片应置于b端.用电阻箱替代热敏电阻进行调试，应将开关向c端闭合，开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器开始报警.变式1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_(填“大”或“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20(如图5甲所示)，则25的刻度应在20的刻度的_(填“左”或“右”)侧.图5(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化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路.(请在图乙中作图)答案(1)小(2)右(3)见解析图解析(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流变小.(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25的刻度应对应较大电流，故在20的刻度的右侧.(3)如图所示.命题点二光电传感器的应用例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)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在图6甲所示的坐标系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2V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1.0lx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3V，内阻不计)；定值电阻：R110k，R220k，R340k(限选其中之一，并在图中标出)；开关S及导线若干.图6答案见解析解析(1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示，光敏电阻的阻值随照度的增大而减小.(2)根据串联电阻的正比分压关系，E3V，当照度降低至1.0lx时，1、2两端电压升至2V，此时光敏电阻阻值RP20k，URP2V，串联电阻分压UR1V，由2，得R10k，故选定值电阻R1，电路原理图如图乙所示.命题点三压力传感器的应用例3材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”，利用这种效应可以测量压力大小.若图7甲为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线，其中RF、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF.请按要求完成下列实验.图7(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为0.4102N0.8102N，不考虑压力对电路其他部分的影响)，要求误差较小，提供的器材如下：A.压敏电阻，无压力时阻值R06000B.滑动变阻器R，最大阻值为200C.电流表A，量程2.5mA，内阻约30D.电压表V，量程3V，内阻约3kE.直流电源E，电动势3V，内阻很小F.开关S，导线若干(2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是1.33mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为_V.(3)此时压敏电阻的阻值为_；结合图甲可知待测压力的大小F_N.(计算结果均保留两位有效数字)答案(1)见解析图(2)2.00(3)1.510360解析(1)根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，原理图如图所示.(2)根据电压表读数规则，电压表读数为2.00V.(3)由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为RFRA1.5103，4，由题图甲可知，对应的待测压力F60N.变式2某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.现用如图8所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：图8A.电源E(电动势3V，内阻约为1)B.电流表A1(00.6A，内阻r15)C.电流表A2(00.6A，内阻r21)D.开关S，定值电阻R05(1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值，请完成虚线框内电路图的设计.(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得Rx_.(用字母表示)(3)改变力的大小，得到不同的Rx值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx值.最后绘成的图像如图9所示，除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是_.当F竖直向下时，可得Fx与所受压力F的数值关系是Rx_.图9答案(1)见解析图(2)(3)压力等大反向时，阻值相等172F解析(1)利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻已知的电流表A1代替，另一个电流表A2测量电流.电路图如图所示.(2)电阻Rx两端电压为UxI1r1，流经的电流为IxI2I1，电阻Rx.(3)由题图可知，当力F竖直向下时，RxkFb，k2，b17，则有Rx172F；由题图可知，由于图线对称，不管力F如何增加，Rx均线性减小.