2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡單使用課件.ppt

實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡單使用 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 知道什么是傳感器 知道光敏電阻和熱敏電阻的作用 2 能夠通過實(shí)驗(yàn)探究 光敏電阻和熱敏電阻的特性 3 了解常見的各種傳感器的工作原理 元件特性及設(shè)計(jì)方 案 2 實(shí)驗(yàn)原理 非電學(xué) 測量的量 1 傳感器 傳感器是將所感受到的諸如力 熱 光 聲 化學(xué)成分等 量轉(zhuǎn)換成便于 一般是電壓 電流等電學(xué)量 的一類元件 2 傳感器的一般應(yīng)用模式 由敏感元件 轉(zhuǎn)換器件和轉(zhuǎn)換電路三個部分組成 通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換成電信號 通過輸出部分輸出 然后經(jīng)控制器分析處理 如圖S11 1所示 圖S11 1 工作過程 敏感元件將感受到的物理量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成 便于測量的量 如下所示 3 傳感器的分類 力電傳感器 熱電傳感器 光電傳感器 聲電傳感器 電容式傳感器 磁電傳感器 超聲波傳感器 氣敏傳感器等 4 常見傳感器元件 力學(xué) 電學(xué) 力電傳感器 把 位移 速度 加速度等 信號轉(zhuǎn)化為 電壓 電流等 信號 光敏電阻 無光照時 載流子 可以自由移動的帶有電荷的物質(zhì)微粒 如電子和離子 極少 阻值較大 隨著光照的增強(qiáng) 載流子增多 阻值減小 能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個電學(xué)量 熱敏電阻 利用半導(dǎo)體材料制成 其電阻阻值隨溫度的升高而減小 能把 這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個電 學(xué)量 溫度 電阻 溫度傳感器 電阻 金屬熱電阻 有些金屬的電阻率隨溫度的升高而增大 這樣的電阻也可以制成 稱為熱電阻 能把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為 這個電學(xué)量 3 實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺 熱敏電阻 光敏電阻 多用電表 燒杯 溫度計(jì) 冷水 熱水 強(qiáng)光源 學(xué)生電源 小燈泡 滑動變阻器 導(dǎo)線 開關(guān)等 4 實(shí)驗(yàn)過程 1 研究熱敏電阻的熱敏特性 減小 增大 熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而 隨溫度的降低而 2 研究光敏電阻的光敏特性 減小 光敏電阻在光照加強(qiáng)的條件下 其阻值逐漸 5 注意事項(xiàng) 1 在研究電阻的熱敏特性時 熱敏電阻 燒杯 溫度計(jì)易 破損 忌用溫度計(jì)當(dāng)攪拌器 2 實(shí)驗(yàn)時 加熱水后要等一會兒再測其阻值 以使電阻溫 度與水的溫度相同 并同時讀出水溫 3 在做光敏電阻實(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 4 歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零 5 當(dāng)傳感元件需要接入電路中時 要注意它的電學(xué)參數(shù) 基礎(chǔ)自測 1 觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖如圖S11 2所示 現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正 確的是 A 若R為金屬熱電阻 讀數(shù)變大 且變化非常明顯B 若R為金屬熱電阻 讀數(shù)變小 且變化不明顯C 若R為熱敏電阻 半導(dǎo)體材料制成 讀數(shù)變化非常明顯D 若R為熱敏電阻 半導(dǎo)體材料制成 圖S11 2 讀數(shù)變化不明顯答案 C 2 利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器 一般體積很小 可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化 反應(yīng)快 而且精確度高 1 如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源 電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路 其他因素不變 只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低 電路中電流將變 填 大 或 小 2 上述電路中 我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度 就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度 如果刻度盤正中的溫度為20 如圖S11 3甲所示 則25 的刻度應(yīng)在20 的刻度的 填 左 或 右 側(cè) 甲 乙 圖S11 3 3 為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化 請用圖乙中的器材 可增加元器件 設(shè)計(jì)一個電路 解析 1 因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時 電阻增大 故電路中電流會減小 2 由 1 的分析知 溫度越高 電流越大 25 的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流 故在20 的刻度的右側(cè) 3 電路如圖D49所示 答案 1 小 2 右 3 如圖D49所示 圖D49 3 如圖S11 4所示 圖甲為熱敏電阻的R t圖象 圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路 繼電 器的電阻為100 當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時 繼電 器的銜鐵被吸合 為繼電器線圈供電的電池的電動勢E 9 0V 內(nèi)阻不計(jì) 圖中的 電源 是恒溫箱加熱器的電源 甲 乙 圖S11 4 1 應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在 填 A B端 或 C D端 2 如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50 可變電阻R 的 阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為 解析 恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A B端 當(dāng)線圈中的電流較小時 繼電器的銜鐵在上方 恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài) 恒溫箱內(nèi)溫度升高 隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高 熱敏電阻R的阻值變小 則線圈中的電流變大 當(dāng)線圈的電流大于或等于20mA時 繼電器的銜鐵被吸到下方來 則恒溫箱加熱器與電源斷開 加熱器停止工作 恒溫箱內(nèi)溫度降低 隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低 熱敏電阻R的阻值變大 則線圈中的電流變小 當(dāng)線圈的電流小于20mA時 繼電器的銜鐵又被釋放到上方 則恒溫箱加熱器又開始工作 這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度 要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50 即50 時線圈內(nèi)的電流為20mA 由閉合電路歐姆定律I Er R R r為繼電器的電阻 由題圖 R 260 答案 1 A B端 2 260 考點(diǎn)1 溫度傳感器的應(yīng)用 典題1 2017年江蘇卷 某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)制作了一個簡易的溫控裝置 實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖S11 5所示 繼電器與熱敏電阻Rt 滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端 當(dāng)繼電器的電流超過15mA時 銜鐵被吸合 加熱器停止加熱 實(shí)現(xiàn)溫控 繼電器的電阻約為20 熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示 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) 滑動變阻器R1 0 200 滑動變阻器R2 0 500 熱敏電阻Rt 繼電器 電阻箱 0 999 9 開關(guān)S 導(dǎo)線若干 為使該裝置實(shí)現(xiàn)對30 80 之間任一溫度的控制 電源E應(yīng)選用 填 E1 或 E2 滑動變阻器R應(yīng)選用 填 R1 或 R2 圖S11 5 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 用多用電表測量各接點(diǎn)間的電壓 則應(yīng)將如圖S11 6所示的選擇開關(guān)旋至 填 A B C 或 D 3 合上開關(guān)S 用調(diào)節(jié)好的多用電表進(jìn)行排查 在圖S11 5中 若只有b c間斷路 則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a b時指針 填 偏轉(zhuǎn) 或 不偏轉(zhuǎn) 接入a c時指針 填 偏轉(zhuǎn) 或 不偏轉(zhuǎn) 圖S11 6 4 排除故障后 欲使銜鐵在熱敏電阻為50 時被吸合 下列操作步驟的正確順序是 填寫各步驟前的序號 將熱敏電阻接入電路 觀察到繼電器的銜鐵被吸合 斷開開關(guān) 將電阻箱從電路中移除 合上開關(guān) 調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值 斷開開關(guān) 用電阻箱替換熱敏電阻 將阻值調(diào)至108 1 解析 1 由表格數(shù)據(jù)知 當(dāng)溫度為30 時 熱敏電阻阻值為199 5 繼電器的阻值R0 20 當(dāng)電流為15mA時 E I Rt R0 3 3V 所以電源選E2 80 時 熱敏電阻阻值Rt 49 1 則E2 I Rt R0 R 此時變阻器阻值R 330 9 所以變阻器選擇R2 2 多用電表作為電壓表測量電壓 旋鈕旋至直流電壓擋C處 3 若只有b c間斷路 表筆接入a b時 整個回路斷路 電表指針不偏轉(zhuǎn) 接入a c時電流流經(jīng)電表 故指針偏轉(zhuǎn) 4 50 時 熱敏電阻阻值為108 1 所以應(yīng)將電阻箱阻值調(diào)至108 1 調(diào)節(jié)變阻器 使銜鐵吸合 再將電阻箱換成熱敏電阻 故順序?yàn)?答案 1 E2 R2 2 C 3 不偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 4 考點(diǎn)2 光電傳感器的應(yīng)用 典題2 為了節(jié)能和環(huán)保 一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng) 光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制 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所示 1 根據(jù)表中數(shù)據(jù) 請?jiān)诮o定的坐標(biāo)系 圖S11 7 中描繪出阻值隨照度變化的曲線 并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn) 圖S11 7 2 如圖S11 8所示 當(dāng)1 2兩端所加的電壓上升至2V時 控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng) 請利用下列器材設(shè)計(jì)一個簡單電路 給1 2兩端提供電壓 要求當(dāng)天色漸暗 照度降低至1 0lx時啟動照明系統(tǒng) 在虛線框內(nèi)完成電路原理圖 不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計(jì)電路的影響 圖S11 8 提供的器材如下 光敏電阻Rp 符號 阻值見上表 直流電源E 電動勢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 開關(guān)S及導(dǎo)線若干 審題突破 光敏電阻的特點(diǎn)是當(dāng)光照增強(qiáng)時載流子增多 導(dǎo)電能力增強(qiáng) 電阻變小 當(dāng)光照減弱時載流子減少 導(dǎo)電能力減弱 電阻變大 要求在天色漸暗 照度降低至1 0lx時啟動照明系統(tǒng) 此時光敏電阻較大 讓光敏電阻與控制開關(guān)并聯(lián)即可 答案 1 如圖S11 9所示 特點(diǎn) 光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而非線性減小 2 如圖S11 10所示 圖S11 9 圖S11 10 方法技巧 這類題目設(shè)問雖很新穎獨(dú)特 但所依據(jù)的物理原理 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)器材卻是課本上的基本實(shí)驗(yàn)中用過的 試題設(shè)問一般不難 只要平時學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)時對課本中的基本實(shí)驗(yàn) 原理 能夠深刻理解 對涉及的基本實(shí)驗(yàn)器材能夠熟練運(yùn)用 注意將物理習(xí)題中的結(jié)論向物理實(shí)驗(yàn)遷移 分析問題時能靈活變通 不墨守成規(guī) 解決此類問題定可駕輕就熟 考點(diǎn)3 力電傳感器的實(shí)際應(yīng)用 典題3 某學(xué)生為了測量一個物體的質(zhì)量 找到一個力電轉(zhuǎn)換器 該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力 比例系數(shù)為k 如圖S11 11所示 測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓 使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0 而后在其受壓面上放一物體 即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U 圖S11 11 請完成對該物體質(zhì)量的測量 1 設(shè)計(jì)一個電路 要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào) 并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大 在虛線框中畫出完整的測量電路圖 2 簡要說明測量步驟 求出比例系數(shù)k 并測出待測物體 的質(zhì)量m 審題突破 力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個全新的儀器 但它與其他所有的測量儀器一樣 要有一個 調(diào)零 的過程 仔細(xì)審題 題目中有很多重要的暗示 挖掘這些信息即是我們解決問題的關(guān)鍵 測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓 使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0 而后在其受壓面上放一物體 即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U 該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力 比例系數(shù)為k 所以輸出電壓U kmg 題目要求 力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào) 并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大 這就暗示我們滑動變阻器必須使用分壓式 有了設(shè)計(jì)電路才可以進(jìn)行測量步驟 答案 1 如圖D50所示 圖D50 2 測量步驟如下 調(diào)節(jié)滑動變阻器 使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為零 將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上 記下輸出電 壓U0 則可求k U0m0g 將待測物體放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上 記下輸出電壓U1