【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡單使用 新人教版選修3-1

實(shí)驗(yàn)十一傳感器的簡單使用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?認(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性2了解傳感器的簡單應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)原理1傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)2其工作過程如圖1所示：圖1三、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、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等四、實(shí)驗(yàn)過程1研究熱敏電阻的熱敏特性(1)實(shí)驗(yàn)步驟按圖2所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理；把多用電表置于“歐姆”擋，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒有熱水時(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)出不同溫度下熱敏電阻的阻值， 圖2并記錄(2)數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性. 次數(shù)待測(cè)量溫度()電阻() 在圖3坐標(biāo)系中，粗略畫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Rt圖線，得出結(jié)論：熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大 圖32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4所示電路連接好，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)； 圖4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又是多少，并記錄(2)數(shù)據(jù)處理把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射阻值()結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化,光照增強(qiáng)電阻變小,光照減弱電阻變大.五、注意事項(xiàng)1在做熱敏實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開水后要等一會(huì)兒再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同，并同時(shí)讀出水溫2光敏實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少3歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零六、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對(duì)于熱敏電阻的特性，可用以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行：如圖5所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連，這時(shí)表針指在某一刻度，觀察下 圖5述操作過程中指針的偏轉(zhuǎn)情況：操作一：往RT上擦一些酒精操作二：用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向判定熱敏電阻的特性實(shí)驗(yàn)分析：1操作一中指針左偏，說明RT的阻值增大；酒精蒸發(fā)吸熱，溫度降低，所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大2操作二中指針右偏，RT的阻值減小，而電阻RT溫度升高，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小優(yōu)點(diǎn)：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)簡單易操作，同學(xué)們能很快得出結(jié)論.考點(diǎn)一熱敏電阻的實(shí)際應(yīng)用例1(2020·新課標(biāo)全國·23)用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻RT，在給定溫度范圍內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的某同學(xué)將RT和兩個(gè)適當(dāng)?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖6虛 圖6線框內(nèi)所示的電路，以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍為了驗(yàn)證這個(gè)設(shè)計(jì)，他采用伏安法測(cè)量在不同溫度下RL的阻值，測(cè)量電路如圖6所示，圖中的電壓表內(nèi)阻很大RL的測(cè)量結(jié)果如表格所示.溫度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值/54.351.548.344.741.437.934.7回答下列問題：(1)根據(jù)圖6所示的電路，在圖7所示的實(shí)物圖上連線圖7(2)為了檢驗(yàn)RL與溫度t之間近似為線性關(guān)系，在圖8所示的坐標(biāo)紙上作RLt關(guān)系圖線圖8(3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖9、10所示電流表的讀數(shù)為_，電壓表的讀數(shù)為_此時(shí)等效電阻RL 的阻值為_熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為_圖9圖10考點(diǎn)二光敏電阻傳感器例2青島奧運(yùn)會(huì)帆船賽場(chǎng)采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)(如白天)時(shí)電阻幾乎為0，照射光較弱(如黑天)時(shí)電阻接近于無窮大利用光敏電阻作為傳感器，借助電 圖11磁開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉，黑天打開電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖11所示.1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50 mA時(shí)，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點(diǎn)分離，3、4斷開；電流小于50 mA時(shí)，3、4接通勵(lì)磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA.(1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路，畫出電路原理圖光敏電阻R1，符號(hào)；燈泡L，額定功率40 W，額定電壓36 V，符號(hào)；保護(hù)電阻R2，符號(hào)；電磁開關(guān)，符號(hào)；蓄電池E，電壓36 V，內(nèi)阻很??；開關(guān)S，導(dǎo)線若干(2)回答下列問題：如果勵(lì)磁線圈的電阻為200 ,勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為_V，保護(hù)電阻R2的阻值范圍為_.在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場(chǎng)合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時(shí)，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油榇?，電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明答：_.任意舉出一個(gè)其它的電磁鐵應(yīng)用的例子答：_.1在街旁的路燈，江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的 ()A壓敏性 B光敏性C熱敏性 D三種特性都利用2如圖12所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí) ()A電壓表的示數(shù)增大BR2中電流減小 圖12C小燈泡的功率增大D電路的路端電壓增大3酒精測(cè)試儀用于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T是否酗酒及其他嚴(yán)禁 酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，酒精氣體傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的變化而變化在如圖13所示的電路中，酒精氣體的不同濃度對(duì)應(yīng)著傳感器的不同電阻 圖13這樣，電壓表的指針就與酒精氣體濃度有了對(duì)應(yīng)關(guān)系如果二氧化錫半導(dǎo)體型酒精 體傳感器電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比，那么，電壓表示數(shù)U與酒精氣體濃度C之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系正確的是 ()AU越大，表示C越大， C與U成正比BU越大，表示C越大， 但是C與U不成正比CU越大，表示C越小，C與U成正比DU越大，表示C越小，但是C與U 不成反比4一臺(tái)臭氧發(fā)生器P的電阻為10 k，當(dāng)供電電壓等于24 V時(shí)能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動(dòng)消毒裝置，要求它在有光照時(shí)能產(chǎn)生臭氧，在黑暗時(shí)不產(chǎn)生臭氧，擬用一個(gè)光敏電阻R1對(duì)它進(jìn)行控制，R1的阻值在有光照時(shí)為100 ，黑暗時(shí)為1 000 ，允許通過的最大電流為3 mA；電源E的電壓為36 V，內(nèi)阻不計(jì)；另有一個(gè)滑動(dòng)變阻器R2，阻值為0100 ，允許通過的最大電流為0.4 A；一個(gè)開關(guān)S和導(dǎo)線若干臭氧發(fā)生器P和光敏電阻R1的符號(hào)如圖14圖14所示設(shè)計(jì)一個(gè)滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標(biāo)上字母代 號(hào)，其中滑動(dòng)變阻器兩固定接線柱端分別標(biāo)上字母A、B.(電路圖畫在虛線框內(nèi))5(2020·大綱全國理綜·23)如圖15所示，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內(nèi)；為毫安表，量程6 mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動(dòng)勢(shì)約為3 V，內(nèi)阻很小；R為電阻箱，最大阻值為999.9 ；S為開關(guān)已知RT在95 時(shí)的阻值為150 ， 圖15在20 時(shí)的阻值約為550 .現(xiàn)要求在降溫過程中測(cè)量在95 20 之間的多個(gè)溫度下RT的阻值(1)在圖中畫出連線，完成實(shí)驗(yàn)原理電路圖(2)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：a依照實(shí)驗(yàn)原理電路圖連線b調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得RT溫度為95 .c將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔担员ＷC儀器安全d閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0，并記錄_e將RT的溫度降為T1(20 T195 )；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)_，記錄_f溫度為T1時(shí)熱敏電阻的電阻值RT1_.g逐步降低T1的數(shù)值，直至20 為止；在每一溫度下重復(fù)步驟e、f. 答案 例1(1)、 (2)根據(jù)數(shù)據(jù)描出點(diǎn)，作出直線；(3)115 mA5.00 V435 64.0 °C例2(1)電路原理圖見解析(2)20160320把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時(shí)，3、4之間接通；不吸合時(shí)，3、4之間斷開電磁起重機(jī)隨堂訓(xùn)練1B2ABC3B4為了能控制臭氧發(fā)生器，應(yīng)該使用滑動(dòng)變阻器的分壓式連接，有光照時(shí)P能正常工作，無光照時(shí)P不工作電路圖如下：5(1)實(shí)驗(yàn)原理電路圖，如圖所示 (2)d.電阻箱的讀數(shù)R0e仍為I0 電阻箱的讀數(shù)R1fR0R1150