高考物理專題突破（魯科版）實驗：傳感器的簡單使用

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歡迎進入物理課堂 實驗 傳感器的簡單使用 一 實驗目的1 了解傳感器的工作過程 探究敏感元件的特性 2 能夠簡單使用傳感器 二 實驗原理傳感器是將它感受到的物理量 如力 熱 光 聲等 轉(zhuǎn)換成便于測量的量 一般是電學量 其工作過程是通過對某一物理量敏感的元件將感受到的信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號 例如 光電傳感器是利用光敏電阻將光信號轉(zhuǎn)換成電信號 熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號 轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過電子電路的處理就可以達到方便檢測 自動控制 遙控等各種目的了 三 實驗器材熱敏電阻 光敏電阻 燒杯 溫度計 熱水 多用電表 小燈泡 學生電源 開關 滑動變阻器 鐵架臺 導線若干 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?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有熱水時熱敏電阻的阻值 并記下溫度計的示數(shù) 3 向燒杯中注入少量的冷水 使熱敏電阻浸沒在冷水中 記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值 4 將熱水分幾次注入燒杯中 測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)實驗數(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 實驗步驟 1 將光電傳感器 多用電表 燈泡 滑動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發(fā)生變化 光照增強 電阻變小 光照減弱 電阻變大 五 注意事項1 燒杯中加水改變溫度時 要等待溫度穩(wěn)定后再測熱敏電阻的阻值 并同時讀取溫度值 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 注意不要超過其額定電壓 2 研究光敏電阻的光敏特性 例1 為了節(jié)能和環(huán)保 一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng) 光控開關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弱 光越強照度越大 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) 請在給定的坐標系 圖 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 考點1光敏電阻的應用 2 如圖所示 當1 2兩端所加電壓上升至2V時 控制開關自動啟動照明系統(tǒng) 請利用下列器材設計一個簡單電路 給1 2兩端提供電壓 要求當天色漸暗照度降低至1 0 lx 時啟動照明系統(tǒng) 在虛線框內(nèi)完成電路原理圖 不考慮控制開關對所設計電路的影響 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 定值電阻 R1 10k R2 20k R3 40k 限選其中之一并在圖中標出 開關S及導線若干 解析 1 光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖甲所示 其特點是 光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小 2 當光照度降至1 0 lx 時 光敏電阻的阻值為RP 20k 設計原理圖如圖乙所示 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)的電阻應選R1 10k 甲 乙 1 北京奧運會帆船賽場采用風力發(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 實現(xiàn)自動控制 光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化 作為簡化模型 可以近似認為 照射光較強 如白天 時電阻幾乎為0 照射光較弱 如黑天 時電阻接近于無窮大 利用光敏電阻作為傳感器 借助電磁開關 可以實現(xiàn)路燈自動在白天關閉 黑天打開 電磁開關的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示 1 2兩接線柱之間是勵磁線圈 3 4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接 當勵磁線圈中電流大于50mA時 電磁鐵吸合鐵片 彈簧片和觸點分離 3 4斷開 電流小于50mA時 3 4接通 勵磁線圈中允許通過的最大電流為100mA 1 利用以下器材設計一個自動控制路燈的電路 畫出電路原理圖 光敏電阻R1 符號燈泡L 額定功率40W 額定電壓36V 符號保護電阻R2 符號電磁開關 符號蓄電池E 電壓36V 內(nèi)阻很小 開關S 導線若干 2 回答下列問題 如果勵磁線圈的電阻為200 勵磁線圈允許加的最大電壓為 V 保護電阻R2的阻值范圍為 在有些應用電磁開關的場合 為了安全 往往需要在電磁鐵吸合鐵片時 接線柱3 4之間從斷開變?yōu)榻油?為此 電磁開關內(nèi)部結(jié)構(gòu)應如何改造 請結(jié)合本題中電磁開關內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明 答 任意舉出一個其它的電磁鐵應用的例子 答 解析 本題考查了光敏電阻在實際中的應用 考查學生應用物理知識解決實際問題的能力 1 電路原理如圖所示 2 20160 520 把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè) 保證當電磁鐵吸合鐵片時 3 4之間接通 不吸合時 3 4之間斷開 電磁起重機 考點2熱敏電阻的應用 例2 2010年高考新課標全國卷 用對溫度敏感的半導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 某同學將RT和兩個適當?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 為了驗證這個設計 他采用伏安法測量在不同溫度下RL的阻值 測量電路如圖所示 圖中的電壓表內(nèi)阻很大 RL的測量結(jié)果如表格所示 2 為了檢驗RL與t之間近似為線性關系 在如圖所示的坐標紙上作RL t關系圖線 回答下列問題 1 根據(jù)如圖10 3 9所示的電路 在圖所示的實物圖上連線 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 對應溫度約為64 0 62 0 66 0 之間某一值均可 2 RL t關系曲線如圖所示 3 115mA5 00V43 5 64 0 62 66 答案 1 連線如圖所示 2 傳感器擔負著信息的采集任務 在自動控制中發(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)換成便于測量的量 通常是電學量 例如熱敏傳感器 主要是應用了半導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單自動報警器線路圖 1 為了使溫度過高時報警器鈴響 c應接在 填 a 或 b 處 2 若使啟動報警的溫度提高些 應將滑動變阻器滑片P點向 填 左 或 右 移動 3 如果在調(diào)試報警器達最低報警溫度時 無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P都不能使報警器工作 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 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全