高考物理专题突破（鲁科版）实验：传感器的简单使用

欢迎进入物理课堂 实验 传感器的简单使用 一 实验目的1 了解传感器的工作过程 探究敏感元件的特性 2 能够简单使用传感器 二 实验原理传感器是将它感受到的物理量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的量 一般是电学量 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以达到方便检测 自动控制 遥控等各种目的了 三 实验器材热敏电阻 光敏电阻 烧杯 温度计 热水 多用电表 小灯泡 学生电源 开关 滑动变阻器 铁架台 导线若干 1 研究热敏电阻的热敏特性 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 5 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 6 在图坐标系中 粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线 7 根据实验数据和R t图线 得出结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小 随温度的降低而增大 四 实验步骤 1 将光电传感器 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 5 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 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 五 注意事项1 烧杯中加水改变温度时 要等待温度稳定后再测热敏电阻的阻值 并同时读取温度值 2 欧姆表每次换挡后都要重新调零 3 调节灯泡亮度时 注意不要超过其额定电压 2 研究光敏电阻的光敏特性 例1 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 图 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 考点1光敏电阻的应用 2 如图所示 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 0 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 光敏电阻随光照度变化的曲线如图甲所示 其特点是 光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小 2 当光照度降至1 0 lx 时 光敏电阻的阻值为RP 20k 设计原理图如图乙所示 根据欧姆定律与串联电阻的分压即R 10k 即与RP串联的电阻应选R1 10k 甲 乙 1 北京奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电 为路灯提供电能 用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关 实现自动控制 光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化 作为简化模型 可以近似认为 照射光较强 如白天 时电阻几乎为0 照射光较弱 如黑天 时电阻接近于无穷大 利用光敏电阻作为传感器 借助电磁开关 可以实现路灯自动在白天关闭 黑天打开 电磁开关的内部结构如图所示 1 2两接线柱之间是励磁线圈 3 4两接线柱分别与弹簧片和触点连接 当励磁线圈中电流大于50mA时 电磁铁吸合铁片 弹簧片和触点分离 3 4断开 电流小于50mA时 3 4接通 励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA 1 利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路 画出电路原理图 光敏电阻R1 符号灯泡L 额定功率40W 额定电压36V 符号保护电阻R2 符号电磁开关 符号蓄电池E 电压36V 内阻很小 开关S 导线若干 2 回答下列问题 如果励磁线圈的电阻为200 励磁线圈允许加的最大电压为 V 保护电阻R2的阻值范围为 在有些应用电磁开关的场合 为了安全 往往需要在电磁铁吸合铁片时 接线柱3 4之间从断开变为接通 为此 电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明 答 任意举出一个其它的电磁铁应用的例子 答 解析 本题考查了光敏电阻在实际中的应用 考查学生应用物理知识解决实际问题的能力 1 电路原理如图所示 2 20160 520 把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧 保证当电磁铁吸合铁片时 3 4之间接通 不吸合时 3 4之间断开 电磁起重机 考点2热敏电阻的应用 例2 2010年高考新课标全国卷 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连成图虚线框内所示的电路 以使该电路的等效电阻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 测量电路如图所示 图中的电压表内阻很大 RL的测量结果如表格所示 2 为了检验RL与t之间近似为线性关系 在如图所示的坐标纸上作RL t关系图线 回答下列问题 1 根据如图10 3 9所示的电路 在图所示的实物图上连线 3 在某一温度下 电路中的电流表 电压表的示数如图甲 乙所示 电流表的读数为 电压表的读数为 此时等效电阻R1的阻值为 热敏电阻所处环境的温度约为 甲 乙 解析 1 2 如答案中的图 3 由题图读得电流表读数为115mA 电压表读数为5 0V 则RL U I 50 0 115 43 5 由题表1知 对应温度约为64 0 62 0 66 0 之间某一值均可 2 RL t关系曲线如图所示 3 115mA5 00V43 5 64 0 62 66 答案 1 连线如图所示 2 传感器担负着信息的采集任务 在自动控制中发挥着重要作用 传感器能够将感受到的物理量 如温度 光 声等 转换成便于测量的量 通常是电学量 例如热敏传感器 主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻 热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示 图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器线路图 1 为了使温度过高时报警器铃响 c应接在 填 a 或 b 处 2 若使启动报警的温度提高些 应将滑动变阻器滑片P点向 填 左 或 右 移动 3 如果在调试报警器达最低报警温度时 无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作 且电路连接完好 各电路元件都能处于工作状态 则造成工作电路实际不能工作的原因可能是 可能是乙图中左边电源端电压太小 或者线圈的匝数太少 或者弹簧的劲度系数太大等 a 左 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全