物理第十一章 交變電流 實(shí)驗(yàn)12 傳感器的簡(jiǎn)單使用 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)12傳感器的簡(jiǎn)單使用-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件。二、實(shí)驗(yàn)原理閉合電路歐姆定律,用歐姆表進(jìn)行測(cè)量和觀察。三、實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等。-3-四、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論1.研究熱敏電阻的熱敏特性(1)實(shí)驗(yàn)步驟按如圖所示連接好實(shí)物,將熱敏電阻絕緣處理。將多用電表置于“歐姆”擋,選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒(méi)有水時(shí)熱敏電阻的阻值,并記下溫度計(jì)的示數(shù)。向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒(méi)在冷水中,記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值。將熱水分幾次注入燒杯中,測(cè)出不同溫度下熱敏

2、電阻的阻值,并記錄。-4-(2)數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測(cè)量到的溫度、電阻值填入表中,分析熱敏電阻的特性。在坐標(biāo)系中,粗略畫(huà)出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R-t圖線,得出結(jié)論。-5-2.研究光敏電阻的光敏特性(1)實(shí)驗(yàn)步驟將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖所示的電路連接好,其中多用電表置于“100”擋。先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)據(jù)。接通電源,讓小燈泡發(fā)光,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小燈泡的亮度逐漸變亮,觀察表盤(pán)指針顯示電阻阻值的情況,并記錄。用手掌(或黑紙)遮住光,觀察光敏電阻的阻值,并記錄。-6-(2)數(shù)據(jù)處理把記錄的結(jié)果填入表中,根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光

3、敏電阻的特性。-7-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二熱敏電阻的原理及應(yīng)用熱敏電阻的原理及應(yīng)用例1(2017河北保定模擬)某同學(xué)嘗試把一個(gè)靈敏電流表改裝成溫度表,他所選用的器材有:靈敏電流表(待改裝),學(xué)生電源(電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì)),滑動(dòng)變阻器,單刀雙擲開(kāi)關(guān),導(dǎo)線若干,導(dǎo)熱性能良好的防水材料,標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì),PTC熱敏電阻Rt(PTC線性熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關(guān)系為Rt=a+kt,a0,k0)。設(shè)計(jì)電路圖如圖所示,并按如下步驟進(jìn)行操作。-8-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)按電路圖連接好實(shí)驗(yàn)器材。(2)將滑動(dòng)變阻器滑片P滑到(選填“a”或“b”)端,單刀雙擲開(kāi)關(guān)S擲于(選填“c”或“d”)端,調(diào)節(jié)滑片P使電流表,并在

4、以后的操作中保持滑片P位置不動(dòng),設(shè)此時(shí)電路總電阻為R,斷開(kāi)電路。(3)容器中倒入適量開(kāi)水,觀察標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì),每當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)示數(shù)下降5,就將開(kāi)關(guān)S置于d端,并記錄此時(shí)的溫度t和對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù)I,然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。請(qǐng)根據(jù)溫度表的設(shè)計(jì)原理和電路圖,寫(xiě)出電流與溫度的關(guān)系式I=(用題目中給定的符號(hào))。(4)根據(jù)對(duì)應(yīng)溫度記錄的電流表示數(shù),重新刻制電流表的表盤(pán),改裝成溫度表。根據(jù)改裝原理,此溫度表表盤(pán)刻度線的特點(diǎn)是:低溫刻度在(選填“左”或“右”)側(cè),刻度線分布是否均勻?(選填“是”或“否”)。-9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二解析:(2)分析電路可知滑動(dòng)變阻器為限流式接法,所以閉合開(kāi)關(guān)前,使它的阻值處于最大值狀態(tài),即將

5、滑片P滑到a端。為了設(shè)計(jì)表盤(pán)刻度,應(yīng)使開(kāi)關(guān)擲于c處,調(diào)節(jié)滑片,使電流表滿偏。(4)因?yàn)镽t=a+kt(且a0,k0),所以溫度越低,電阻越小,回路中I越大,所以低溫度刻度在右側(cè),由(3)中關(guān)系式可知電流與溫度不是線性關(guān)系,所以刻度線分布不均勻。-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二光敏電阻的理解及應(yīng)用光敏電阻的理解及應(yīng)用例2為了節(jié)能和環(huán)保,一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開(kāi)關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱,光越強(qiáng)照度越大,照度單位為lx)。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表:-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),請(qǐng)?jiān)趫D甲的坐標(biāo)系中描

6、繪出阻值隨光的照度變化的曲線,并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。甲乙-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)在如圖乙所示電路中,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí),控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)。請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路,給1、2兩端提供電壓,要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng),在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響)提供的器材如下:光敏電阻RP(符號(hào),阻值見(jiàn)上表)直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3V,內(nèi)阻不計(jì))定值電阻:R1=10k,R2=20k,R3=40k(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案:見(jiàn)解析解析:(1)光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如圖

7、丙所示。特點(diǎn):光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二丁(2)當(dāng)光照度降低至1.0lx時(shí),光敏電阻阻值為20k,1、2兩端電壓為2V,電源電動(dòng)勢(shì)為3V,所以電路中還要有一個(gè)分壓電阻,阻值為10k,即選用R1,電路原理圖如圖丁所示。-15-1.(2017江蘇二模)目前的手機(jī)觸摸屏大多是電容式觸摸屏。電容式觸摸屏內(nèi)有一導(dǎo)電層。導(dǎo)電層四個(gè)角引出四個(gè)電極,當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí),人體和觸摸屏就形成了一個(gè)電容,電容具有“通高頻”的作用,從而導(dǎo)致有電流分別從觸摸屏四角上的電極中流出,并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四角的距離成正比,控制器通過(guò)對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算,得出觸摸點(diǎn)的位置信

8、息。在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下,下列說(shuō)法正確的是()A.電容式觸摸屏感測(cè)手指觸摸點(diǎn)的位置是因?yàn)槭种笇?duì)屏幕按壓產(chǎn)生了形變B.電容式觸摸屏感測(cè)手指觸摸點(diǎn)的位置是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象C.當(dāng)手指觸摸屏幕時(shí)手指有微弱的電流流過(guò)D.當(dāng)手指離開(kāi)屏幕時(shí),電容變小,對(duì)高頻電流的阻礙變大,控制器不易檢測(cè)到手指的準(zhǔn)確位置 答案解析解析關(guān)閉電容觸摸屏只需要觸摸,由于流經(jīng)四個(gè)電極的電流與手指頭到四角的距離成比例,控制器就能確定手指的位置,無(wú)需要手指有壓力,故A錯(cuò)誤;電容式觸摸屏感測(cè)手指觸摸點(diǎn)的位置是電容器的充放電原理,不是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故B錯(cuò)誤;由題意可知,手指從手的觸點(diǎn)吸走一部分電荷,在電荷定向移動(dòng)的過(guò)程中,會(huì)有微弱電流通過(guò),故C正

9、確;根據(jù)電容器的工作原理可知,當(dāng)手指離開(kāi)屏幕時(shí),電容變小,電容器將放電,控制器仍然能檢測(cè)到手指離開(kāi)的準(zhǔn)確位置,故D錯(cuò)誤。 答案解析關(guān)閉C-16-2.(2017北京海濱模擬)某種角速度計(jì),其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)整個(gè)裝置繞軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),元件A相對(duì)于轉(zhuǎn)軸發(fā)生位移并通過(guò)滑動(dòng)變阻器輸出電壓,電壓傳感器(傳感器內(nèi)阻無(wú)限大)接收相應(yīng)的電壓信號(hào)。已知A的質(zhì)量為m,彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為l,電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì),滑動(dòng)變阻器總長(zhǎng)也為l,電阻分布均勻,裝置靜止時(shí)滑片P在變阻器的最左端B端,當(dāng)系統(tǒng)以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則()A.電路中電流隨角速度的增大而增大B.電路中電流隨角速度的增大而減小 答案解析解析關(guān)閉 答

10、案解析關(guān)閉-17-3.(2016北京卷)熱敏電阻常用于溫度控制或過(guò)熱保護(hù)裝置中。右圖為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知,這種熱敏電阻在溫度上升時(shí)導(dǎo)電能力(選填“增強(qiáng)”或“減弱”);相對(duì)金屬熱電阻而言,熱敏電阻對(duì)溫度變化的響應(yīng)更(選填“敏感”或“不敏感”)。 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-18-4.(2016全國(guó)卷)現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng),要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過(guò)60 時(shí),系統(tǒng)報(bào)警。提供的器材有:熱敏電阻,報(bào)警器(內(nèi)阻很小,流過(guò)的電流超過(guò)Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警),電阻箱(最大阻值為999.9),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計(jì)),滑動(dòng)變阻器R1(最大阻

11、值為1000),滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值為2000),單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè),導(dǎo)線若干。在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18V,Ic約為10mA;流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)20mA時(shí),報(bào)警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60時(shí)阻值為650.0。-19-(1)完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線。(2)電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器(填“R1”或“R2”)。-20-(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng):電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,這一阻值為 ;滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是。將開(kāi)關(guān)向(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片

12、,直至。(4)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變,將開(kāi)關(guān)向另一端閉合,報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用。-21-答案:(1)連線如圖所示。(2)R2(3)650.0b接通電源后,流過(guò)報(bào)警器的電流會(huì)超過(guò)20mA,報(bào)警器可能損壞c報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警-22-解析:(1)先用電阻箱替代熱敏電阻,連接成閉合回路進(jìn)行調(diào)試。電路圖連接如答案所示。(2)當(dāng)電路中電流Ic=10mA時(shí),根據(jù)閉合電路歐姆定律有Ic=,解得R總=1800,此時(shí)熱敏電阻的阻值為650,則滑動(dòng)變阻器的阻值為1150,所以滑動(dòng)變阻器選R2。(3)當(dāng)熱敏電阻阻值小于650時(shí),報(bào)警器就會(huì)報(bào)警,用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),應(yīng)把電阻箱的阻值調(diào)到650。若接通電源后電

13、路中的電流過(guò)大(超過(guò)20mA),報(bào)警器就會(huì)損壞,電流越小越安全,所以為了電路安全,閉合開(kāi)關(guān)前滑片應(yīng)置于b端。用電阻箱替代熱敏電阻進(jìn)行調(diào)試,應(yīng)將開(kāi)關(guān)向c端閉合,開(kāi)關(guān)閉合后要減小電路中的電阻直至報(bào)警器報(bào)警。-23-5.(2017江蘇卷)某同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)制作一個(gè)簡(jiǎn)易的溫控裝置,實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖甲所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當(dāng)繼電器的電流超過(guò)15mA時(shí),銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實(shí)現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示。-24-(1)提供的實(shí)驗(yàn)器材有:電源E1(3V,內(nèi)阻不計(jì))、電源E2(6V,內(nèi)阻不計(jì))、滑動(dòng)變阻器R1(0200)、滑

14、動(dòng)變阻器R2(0500)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0999.9)、開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干。為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)3080之間任一溫度的控制,電源E應(yīng)選用(選填“E1”或“E2”),滑動(dòng)變阻器R應(yīng)選用(選填“R1”或“R2”)。甲乙-25-(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學(xué)為排查電路故障,用多用電表測(cè)量各接點(diǎn)間的電壓,則應(yīng)將如圖乙所示的選擇開(kāi)關(guān)旋至(選填“A”“B”“C”或“D”)。(3)合上開(kāi)關(guān)S,用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)行排查。在圖甲中,若只有b、c間斷路,則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時(shí)指針(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”),接入a、c時(shí)指針(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)。(4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50時(shí)

15、被吸合,下列操作步驟的正確順序是(填寫(xiě)各步驟前的序號(hào))。將熱敏電阻接入電路觀察到繼電器的銜鐵被吸合斷開(kāi)開(kāi)關(guān),將電阻箱從電路中移除合上開(kāi)關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值斷開(kāi)開(kāi)關(guān),用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調(diào)至108.1-26-答案:(1)E2R2(2)C(3)不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)(4)解析:(1)當(dāng)溫度控制在30,銜鐵被吸合時(shí),Rt兩端的電壓約為Ut=IRt=0.015200V=3V,繼電器兩端的電壓U=IR=0.01520V=0.3V,故需電源電動(dòng)勢(shì)大于3V,選E2。當(dāng)溫度控制在80時(shí),電路中的總電阻R總=400,遠(yuǎn)大于熱敏電阻、繼電器以及滑動(dòng)變阻器R1的電阻的總和,故滑動(dòng)變阻器選R2。(2)A擋位測(cè)量電阻值,B擋位測(cè)量交流電壓,C擋位測(cè)量直流電壓,D擋位測(cè)量電流值,故為測(cè)量各接入點(diǎn)的電壓,應(yīng)將開(kāi)關(guān)旋至C擋。-27-(3)若bc間斷路,ab只與電源正極相連通,ab間無(wú)電壓,如圖故多用電表指針不偏轉(zhuǎn)。若bc間斷路,a點(diǎn)與電源正極相連通,c點(diǎn)與電源負(fù)極相連通,a、c兩點(diǎn)間的電壓為電源電動(dòng)勢(shì)。如圖故多用電表指針偏轉(zhuǎn)。-28-(4)要想保證溫度控制在50,由題目表中可得Rt=108.1,因此我們要用電阻箱代替熱敏電阻,把電阻箱電阻調(diào)整到108.1,閉合電路調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,讓繼電器吸合(即讓電路中的電流為15mA),再將電阻箱移除,將熱敏電阻接入電路,完成實(shí)驗(yàn)。