高考物理專題突破（魯科版）實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡(jiǎn)單使用

歡迎進(jìn)入物理課堂 實(shí)驗(yàn) 傳感器的簡(jiǎn)單使用 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解傳感器的工作過(guò)程 探究敏感元件的特性 2 能夠簡(jiǎn)單使用傳感器 二 實(shí)驗(yàn)原理傳感器是將它感受到的物理量 如力 熱 光 聲等 轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量 一般是電學(xué)量 其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào) 例如 光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)電子電路的處理就可以達(dá)到方便檢測(cè) 自動(dòng)控制 遙控等各種目的了 三 實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻 光敏電阻 燒杯 溫度計(jì) 熱水 多用電表 小燈泡 學(xué)生電源 開關(guān) 滑動(dòng)變阻器 鐵架臺(tái) 導(dǎo)線若干 1 研究熱敏電阻的熱敏特性 1 按圖所示連接好電路 將熱敏電阻絕緣處理 2 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) 3 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 4 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 并記錄 5 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 6 在圖坐標(biāo)系中 粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線 7 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R t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 四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 將光電傳感器 多用電表 燈泡 滑動(dòng)變阻器按如圖所示電路連接好 其中多用電表置于 100 擋 2 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) 3 打開電源 讓小燈泡發(fā)光 調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮 觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況 并記錄 4 用手掌 或黑紙 遮光時(shí)電阻值又是多少 并記錄 5 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 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 燒杯中加水改變溫度時(shí) 要等待溫度穩(wěn)定后再測(cè)熱敏電阻的阻值 并同時(shí)讀取溫度值 2 歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零 3 調(diào)節(jié)燈泡亮度時(shí) 注意不要超過(guò)其額定電壓 2 研究光敏電阻的光敏特性 例1 為了節(jié)能和環(huán)保 一些公共場(chǎng)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(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 1 根據(jù)表中數(shù)據(jù) 請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系 圖 中描繪出阻值隨照度變化的曲線 并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn) 考點(diǎn)1光敏電阻的應(yīng)用 2 如圖所示 當(dāng)1 2兩端所加電壓上升至2V時(shí) 控制開關(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 0 lx 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 開關(guān)S及導(dǎo)線若干 解析 1 光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖甲所示 其特點(diǎn)是 光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小 2 當(dāng)光照度降至1 0 lx 時(shí) 光敏電阻的阻值為RP 20k 設(shè)計(jì)原理圖如圖乙所示 根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓即R 10k 即與RP串聯(lián)的電阻應(yīng)選R1 10k 甲 乙 1 北京奧運(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(jiǎn)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(wú)窮大 利用光敏電阻作為傳感器 借助電磁開關(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50mA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50mA時(shí) 3 4接通 勵(lì)磁線圈中允許通過(guò)的最大電流為100mA 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40W 額定電壓36V 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36V 內(nèi)阻很小 開關(guān)S 導(dǎo)線若干 2 回答下列問(wèn)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?為此 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(shuō)明 答 任意舉出一個(gè)其它的電磁鐵應(yīng)用的例子 答 解析 本題考查了光敏電阻在實(shí)際中的應(yīng)用 考查學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力 1 電路原理如圖所示 2 20160 520 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) 考點(diǎn)2熱敏電阻的應(yīng)用 例2 2010年高考新課標(biāo)全國(guó)卷 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連成圖虛線框內(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 2 為了檢驗(yàn)RL與t之間近似為線性關(guān)系 在如圖所示的坐標(biāo)紙上作RL t關(guān)系圖線 回答下列問(wèn)題 1 根據(jù)如圖10 3 9所示的電路 在圖所示的實(shí)物圖上連線 3 在某一溫度下 電路中的電流表 電壓表的示數(shù)如圖甲 乙所示 電流表的讀數(shù)為 電壓表的讀數(shù)為 此時(shí)等效電阻R1的阻值為 熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為 甲 乙 解析 1 2 如答案中的圖 3 由題圖讀得電流表讀數(shù)為115mA 電壓表讀數(shù)為5 0V 則RL U I 50 0 115 43 5 由題表1知 對(duì)應(yīng)溫度約為64 0 62 0 66 0 之間某一值均可 2 RL t關(guān)系曲線如圖所示 3 115mA5 00V43 5 64 0 62 66 答案 1 連線如圖所示 2 傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù) 在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用 傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度 光 聲等 轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量 通常是電學(xué)量 例如熱敏傳感器 主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻 熱敏電阻隨溫度變化的圖線如圖甲所示 圖乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器線路圖 1 為了使溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警器鈴響 c應(yīng)接在 填 a 或 b 處 2 若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些 應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片P點(diǎn)向 填 左 或 右 移動(dòng) 3 如果在調(diào)試報(bào)警器達(dá)最低報(bào)警溫度時(shí) 無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P都不能使報(bào)警器工作 且電路連接完好 各電路元件都能處于工作狀態(tài) 則造成工作電路實(shí)際不能工作的原因可能是 可能是乙圖中左邊電源端電壓太小 或者線圈的匝數(shù)太少 或者彈簧的勁度系數(shù)太大等 a 左 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全