高考物理一轮总复习(鲁科版)课件：第十章实验十一.ppt

实验十一传感器的简单应用 第十章交流电传感器 实验目的1 认识热敏电阻 光敏电阻等传感器的特性 2 了解传感器在技术上的简单应用 实验原理传感器是将它感受到的非电学量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的量 一般是电学量的仪器 其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的信号 例如 光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号 热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号 转换后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检测 自动控制 遥控等各种目的 传感器的工作原理可用图10 3 1表示 图10 3 1 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 实验步骤1 研究热敏电阻的热敏特性图10 3 2 1 按图10 3 2所示连接好电路 将热敏电阻绝缘处理 多用电表的选择开关置于 100 欧姆挡 2 先用多用电表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 5 根据记录数据 分析热敏电阻的特性 2 研究光敏电阻的光敏特性图10 3 3 1 将光电传感器 多用电表 灯泡 滑动变阻器按图10 3 3所示电路连接好 其中多用电表置于 1k 欧姆挡 2 先测出小灯泡不发光时光敏电阻的阻值 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电阻阻值的情况 并记录 4 根据记录数据 分析光敏电阻的特性 3 将手掌或一个厚纸板插入光源和光电计数器之间 观察 分析光电计数器的工作过程 数据处理根据上面记录的数据 完成以下表格内容 1 研究热敏电阻的热敏特性 2 研究光敏电阻的光敏特性 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 物理转换思想的应用1 转换法解读 1 转换法所谓实验思维转换方法 就是当某些物理量不易直接测量 而另外一些物理量易测量 且两者之间可以用物理原理联系起来 于是 采用 嫁接 的方法 通过转移实验手段 达到化不易为易 化不能为能 这种实验方法称为转换法 间接测量某些物理量 一般都用到转换法 2 转换法的主要方式 时间量与空间量的转换 如伽利略在研究自由落体运动时 利用滴漏法来测时间 将时间测量转换为水的体积的测量 抽象量与直观量的转换 如卡文迪许 扭秤实验 中 石英丝扭转角度的测量转换为平面镜反射光在刻度尺上移动距离的测量 微观量与宏观量的转换 非电学量与电学量的转换 2 转换法的应用 1 匀变速直线运动的加速度 是一个不易直接测量的物理量 但通过转换为测位移和时间 根据任意两个连续相等的时间里的位移之差可测得加速度 2 在 传感器的简单应用 实验中 将非电学量转换为电学量进行测量 题型1温度传感器的应用热敏电阻是传感电路中常用的电子元件 现用伏安法研究热敏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值约4 5 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 盛有热水的热水瓶 图中未画出 电源 3V 内阻可忽略 直流电流表 内阻约1 直流电压表 内阻约5k 滑动变阻器 0 20 开关 导线若干 1 在下面的虚线框中画出实验电路图 要求测量误差尽可能小 2 根据电路图 在实物图上连线 图10 3 4 3 简要写出完成接线后的主要实验步骤 解析 1 为获得更多的数据 应使电压从零开始 故应采用分压电路 由于待测热敏电阻阻值约4 5 故应采用电流表外接法 电路图如图10 3 5所示 图10 3 5 2 按电路图连接实物图如图10 3 6所示 图10 3 6 3 往保温杯中加入一些热水 待温度稳定时读出温度计示数 调节滑动变阻器 快速测出几组电流表和电压表的值 重复 测量不同温度下的数据 绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线 答案 见解析 规律总结 该实验主要考查电阻的测量方法 与普通电阻测量实验的主要区别是需要通过改变温度来改变待测电阻的阻值 题型2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RP在不同照度下的阻值如下表 1 根据表中数据 请在给定的坐标系如图10 3 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10 3 7 2 如图10 3 8所示 当1 2两端所加电压上升至2V时 控制开关自动起动照明系统 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 时起动照明系统 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10 3 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 解析 1 描绘图象应注意各点分布在图线两侧 且图线应用平滑曲线 而不能成为各点的连线 图线为曲线时为非线性变化 答案 1 光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图10 3 9所示 特点 光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小 图10 3 9 2 电路图如图10 3 10所示 图10 3 10 规律总结 常见的光传感器有 光敏电阻 光电管 光电二极管 光电三极管等 光敏电阻在被光照射时电阻发生变化 其原因是做光敏电阻的材料硫化镉是一种半导体材料 无光照时 载流子极少 导电性能不好 随着光照的增强 载流子增多 导电性变好 题型3力电传感器如图10 3 11所示为某种电子秤的原理示意图 AB为一均匀的滑动变阻器 阻值为R 长度为L 两边分别有P1 P2两个滑动头 与P1相连的金属细杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆MN上保持水平状态 金属细杆与托盘相连 金属细杆所受重力忽略不计 弹簧处于原长时P1刚好指向A端 若P1 P2间出现电压时 该电压经过放大通过信号转换后在显示屏上显示出质量的大小 已知弹簧的劲度系数为k 托盘自身质量为m0 电源的电动势为E 电源的内阻忽略不计 信号放大器 信号转换器和显示器的分流作用忽略不计 求 图10 3 11 1 托盘上未放物体时在托盘的自身重力作用下P1距A端的距离x1 2 在托盘上放有质量为m的物体时P1距A端的距离x2 3 在托盘上未放物体时通常先校准零点 其方法是 调节P2 从而使P1 P2间的电压为零 校准零点后将被称物体放在托盘上 试推导出被称物体的质量m与P1 P2间电压U的函数关系式 规律总结 理解力电传感器应从原理上看能将受力情况转化为电信号 解决此类问题时 应分析题目中的转换过程 理清各物理量间的关系 利用所学的电路中的欧姆定律与分压原理及力学中的相关规律进行分析 本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放