2019版高考物理一轮复习 实验十一 传感器的简单使用课件.ppt

实验十一 传感器的简单使用 1 实验目的 1 知道什么是传感器 知道光敏电阻和热敏电阻的作用 2 能够通过实验探究 光敏电阻和热敏电阻的特性 3 了解常见的各种传感器的工作原理 元件特性及设计方 案 2 实验原理 非电学 测量的量 1 传感器 传感器是将所感受到的诸如力 热 光 声 化学成分等 量转换成便于 一般是电压 电流等电学量 的一类元件 2 传感器的一般应用模式 由敏感元件 转换器件和转换电路三个部分组成 通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号 通过输出部分输出 然后经控制器分析处理 如图S11 1所示 图S11 1 工作过程 敏感元件将感受到的物理量按一定规律转换成 便于测量的量 如下所示 3 传感器的分类 力电传感器 热电传感器 光电传感器 声电传感器 电容式传感器 磁电传感器 超声波传感器 气敏传感器等 4 常见传感器元件 力学 电学 力电传感器 把 位移 速度 加速度等 信号转化为 电压 电流等 信号 光敏电阻 无光照时 载流子 可以自由移动的带有电荷的物质微粒 如电子和离子 极少 阻值较大 随着光照的增强 载流子增多 阻值减小 能够把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量 热敏电阻 利用半导体材料制成 其电阻阻值随温度的升高而减小 能把 这个热学量转换为 这个电 学量 温度 电阻 温度传感器 电阻 金属热电阻 有些金属的电阻率随温度的升高而增大 这样的电阻也可以制成 称为热电阻 能把温度这个热学量转换为 这个电学量 3 实验器材铁架台 热敏电阻 光敏电阻 多用电表 烧杯 温度计 冷水 热水 强光源 学生电源 小灯泡 滑动变阻器 导线 开关等 4 实验过程 1 研究热敏电阻的热敏特性 减小 增大 热敏电阻的阻值随温度的升高而 随温度的降低而 2 研究光敏电阻的光敏特性 减小 光敏电阻在光照加强的条件下 其阻值逐渐 5 注意事项 1 在研究电阻的热敏特性时 热敏电阻 烧杯 温度计易 破损 忌用温度计当搅拌器 2 实验时 加热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 3 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到光敏电阻上的光的多少 4 欧姆表每次换挡后都要重新调零 5 当传感元件需要接入电路中时 要注意它的电学参数 基础自测 1 观察电阻值随温度变化情况的示意图如图S11 2所示 现在把杯中的水由冷水变为热水 关于欧姆表的读数变化情况正 确的是 A 若R为金属热电阻 读数变大 且变化非常明显B 若R为金属热电阻 读数变小 且变化不明显C 若R为热敏电阻 半导体材料制成 读数变化非常明显D 若R为热敏电阻 半导体材料制成 图S11 2 读数变化不明显答案 C 2 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S11 3甲所示 则25 的刻度应在20 的刻度的 填 左 或 右 侧 甲 乙 图S11 3 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 解析 1 因为负温度系数热敏电阻温度降低时 电阻增大 故电路中电流会减小 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 电路如图D49所示 答案 1 小 2 右 3 如图D49所示 图D49 3 如图S11 4所示 图甲为热敏电阻的R t图象 图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路 继电 器的电阻为100 当线圈的电流大于或等于20mA时 继电 器的衔铁被吸合 为继电器线圈供电的电池的电动势E 9 0V 内阻不计 图中的 电源 是恒温箱加热器的电源 甲 乙 图S11 4 1 应该把恒温箱内的加热器接在 填 A B端 或 C D端 2 如果要使恒温箱内的温度保持在50 可变电阻R 的 阻值应调节为 解析 恒温箱内的加热器应接在A B端 当线圈中的电流较小时 继电器的衔铁在上方 恒温箱的加热器处于工作状态 恒温箱内温度升高 随着恒温箱内温度升高 热敏电阻R的阻值变小 则线圈中的电流变大 当线圈的电流大于或等于20mA时 继电器的衔铁被吸到下方来 则恒温箱加热器与电源断开 加热器停止工作 恒温箱内温度降低 随着恒温箱内温度降低 热敏电阻R的阻值变大 则线圈中的电流变小 当线圈的电流小于20mA时 继电器的衔铁又被释放到上方 则恒温箱加热器又开始工作 这样就可以使恒温箱内保持在某一温度 要使恒温箱内的温度保持在50 即50 时线圈内的电流为20mA 由闭合电路欧姆定律I Er R R r为继电器的电阻 由题图 R 260 答案 1 A B端 2 260 考点1 温度传感器的应用 典题1 2017年江苏卷 某同学通过实验制作了一个简易的温控装置 实验原理电路图如图S11 5所示 继电器与热敏电阻Rt 滑动变阻器R串联接在电源E两端 当继电器的电流超过15mA时 衔铁被吸合 加热器停止加热 实现温控 继电器的电阻约为20 热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示 1 提供的实验器材有 电源E1 3V 内阻不计 电源E2 6V 内阻不计 滑动变阻器R1 0 200 滑动变阻器R2 0 500 热敏电阻Rt 继电器 电阻箱 0 999 9 开关S 导线若干 为使该装置实现对30 80 之间任一温度的控制 电源E应选用 填 E1 或 E2 滑动变阻器R应选用 填 R1 或 R2 图S11 5 2 实验发现电路不工作 某同学为排查电路故障 用多用电表测量各接点间的电压 则应将如图S11 6所示的选择开关旋至 填 A B C 或 D 3 合上开关S 用调节好的多用电表进行排查 在图S11 5中 若只有b c间断路 则应发现表笔接入a b时指针 填 偏转 或 不偏转 接入a c时指针 填 偏转 或 不偏转 图S11 6 4 排除故障后 欲使衔铁在热敏电阻为50 时被吸合 下列操作步骤的正确顺序是 填写各步骤前的序号 将热敏电阻接入电路 观察到继电器的衔铁被吸合 断开开关 将电阻箱从电路中移除 合上开关 调节滑动变阻器的阻值 断开开关 用电阻箱替换热敏电阻 将阻值调至108 1 解析 1 由表格数据知 当温度为30 时 热敏电阻阻值为199 5 继电器的阻值R0 20 当电流为15mA时 E I Rt R0 3 3V 所以电源选E2 80 时 热敏电阻阻值Rt 49 1 则E2 I Rt R0 R 此时变阻器阻值R 330 9 所以变阻器选择R2 2 多用电表作为电压表测量电压 旋钮旋至直流电压挡C处 3 若只有b c间断路 表笔接入a b时 整个回路断路 电表指针不偏转 接入a c时电流流经电表 故指针偏转 4 50 时 热敏电阻阻值为108 1 所以应将电阻箱阻值调至108 1 调节变阻器 使衔铁吸合 再将电阻箱换成热敏电阻 故顺序为 答案 1 E2 R2 2 C 3 不偏转偏转 4 考点2 光电传感器的应用 典题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所示 1 根据表中数据 请在给定的坐标系 图S11 7 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 图S11 7 2 如图S11 8所示 当1 2两端所加的电压上升至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 图S11 8 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 R1 10k R2 20k R3 40k 限选其中之一并在图中标出 开关S及导线若干 审题突破 光敏电阻的特点是当光照增强时载流子增多 导电能力增强 电阻变小 当光照减弱时载流子减少 导电能力减弱 电阻变大 要求在天色渐暗 照度降低至1 0lx时启动照明系统 此时光敏电阻较大 让光敏电阻与控制开关并联即可 答案 1 如图S11 9所示 特点 光敏电阻的阻值随光照强度的增大而非线性减小 2 如图S11 10所示 图S11 9 图S11 10 方法技巧 这类题目设问虽很新颖独特 但所依据的物理原理 实验方法 实验器材却是课本上的基本实验中用过的 试题设问一般不难 只要平时学习或复习时对课本中的基本实验 原理 能够深刻理解 对涉及的基本实验器材能够熟练运用 注意将物理习题中的结论向物理实验迁移 分析问题时能灵活变通 不墨守成规 解决此类问题定可驾轻就熟 考点3 力电传感器的实际应用 典题3 某学生为了测量一个物体的质量 找到一个力电转换器 该转换器的输出电压正比于受压面的压力 比例系数为k 如图S11 11所示 测量时先调节输入端的电压 使转换器空载时的输出电压为0 而后在其受压面上放一物体 即可测得与物体的质量成正比的输出电压U 图S11 11 请完成对该物体质量的测量 1 设计一个电路 要求力电转换器的输入电压可调 并且使调节范围尽可能大 在虚线框中画出完整的测量电路图 2 简要说明测量步骤 求出比例系数k 并测出待测物体 的质量m 审题突破 力电转换器虽然是一个全新的仪器 但它与其他所有的测量仪器一样 要有一个 调零 的过程 仔细审题 题目中有很多重要的暗示 挖掘这些信息即是我们解决问题的关键 测量时先调节输入端的电压 使转换器空载时的输出电压为0 而后在其受压面上放一物体 即可测得与物体的质量成正比的输出电压U 该转换器的输出电压正比于受压面的压力 比例系数为k 所以输出电压U kmg 题目要求 力电转换器的输入电压可调 并且使电压的调节范围尽可能大 这就暗示我们滑动变阻器必须使用分压式 有了设计电路才可以进行测量步骤 答案 1 如图D50所示 图D50 2 测量步骤如下 调节滑动变阻器 使转换器空载时的输出电压为零 将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上 记下输出电 压U0 则可求k U0m0g 将待测物体放在转换器的受压面上 记下输出电压U1