高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十一章 交變電流 實(shí)驗(yàn)十二 傳感器的簡(jiǎn)單使用課件.ppt

實(shí)驗(yàn)十二傳感器的簡(jiǎn)單使用 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 熱點(diǎn)定位 跟蹤訓(xùn)練 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 理解落實(shí)夯基礎(chǔ) 一 研究熱敏電阻的熱敏特性 二 研究光敏電阻的光敏特性 注意事項(xiàng)1 在做熱敏實(shí)驗(yàn)時(shí) 加熱水后要等一會(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 在光敏實(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(guò)蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的強(qiáng)度 3 歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零 熱點(diǎn)定位 重點(diǎn)透析通熱點(diǎn) 熱點(diǎn)一溫度傳感器的應(yīng)用 例1 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)亩ㄖ惦娮鑢1 r2連成圖 甲 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 甲 所示 圖中的電壓表內(nèi)阻很大 實(shí)驗(yàn)中的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果如表所示 回答下列問(wèn)題 1 根據(jù)圖 甲 所示的電路 在圖 乙 所示的實(shí)物圖上連線 核心點(diǎn)撥 1 實(shí)物圖的連接要注意先串聯(lián)后并聯(lián)的順序 解析 1 連線如圖 a 所示 答案 1 見(jiàn)解析 2 為了檢驗(yàn)rl與t之間近似為線性關(guān)系 在圖 丙 中作出rl t關(guān)系圖線 核心點(diǎn)撥 2 電表的讀數(shù)要根據(jù)最小刻度確定讀數(shù)的位數(shù) 圖 丁 最小刻度為5ma 因此在本位內(nèi)估讀 電壓表的最小刻度為0 1v 要估讀到下一位 解析 2 rl t關(guān)系圖線如圖 b 所示 答案 2 見(jiàn)解析 3 在某一溫度下 電路中的電流表 電壓表的示數(shù)如圖 丁 戊 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 核心點(diǎn)撥 3 回答熱敏電阻的溫度時(shí)要利用rl t圖像進(jìn)行讀數(shù) 解析 3 因?yàn)殡娏鞅淼淖钚】潭葹?ma 故讀數(shù)時(shí)只需要精確到1ma 所以電流表的讀數(shù)為115ma 而電壓表的最小刻度為0 1v 故讀數(shù)時(shí)要估讀到0 01v 所以電壓表的讀數(shù)為5 00v 等效電阻rl 43 5 結(jié)合rl t圖像可知熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為64 0 答案 3 115ma5 00v43 5 64 0 方法技巧解決傳感器實(shí)驗(yàn)的主要方法 1 在高中階段關(guān)于傳感器的實(shí)驗(yàn)主要側(cè)重于實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)與連接 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理或根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫圖像 2 實(shí)驗(yàn)電路一般采用滑動(dòng)變阻器的分壓或限流 電流表的內(nèi)接或外接 3 數(shù)據(jù)的處理一般是圖像法 要充分利用好實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果 4 連接實(shí)物圖時(shí) 一般先將串聯(lián)的主體電路連接好 然后連接并聯(lián)的器材 最后一定要進(jìn)行檢查 教師備用 如圖 一熱敏電阻rt放在控溫容器m內(nèi) ma為毫安表 量程6ma 內(nèi)阻為數(shù)十歐姆 e為直流電源 電動(dòng)勢(shì)約為3v 內(nèi)阻很小 r為電阻箱 最大阻值為999 9 s為開(kāi)關(guān) 已知rt在95 時(shí)的阻值為150 在20 時(shí)的阻值約為550 現(xiàn)要求在降溫過(guò)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 解析 1 根據(jù)所給器材 要測(cè)量在不同溫度下rt的阻值 只能將電阻箱 熱敏電阻 毫安表與電源串聯(lián)形成測(cè)量電路 如圖所示 答案 1 見(jiàn)解析 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的溫度為95 c 把電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?以保證儀器安全 d 閉合開(kāi)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 t1 95 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 2 d 電阻箱的讀數(shù)r0e 仍為i0電阻箱的讀數(shù)r1f r0 r1 150 熱點(diǎn)二光電傳感器的應(yīng)用 例2 一臺(tái)臭氧發(fā)生器p的電阻為10k 當(dāng)供電電壓低于24v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1000 允許通過(guò)的最大電流為3ma 電源e的電壓為36v 內(nèi)阻不計(jì) 另有一個(gè)滑動(dòng)變阻器r2 阻值為0 100 允許通過(guò)的最大電流為0 4a 一個(gè)開(kāi)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 核心點(diǎn)撥 抓住臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧的光照條件 確定控制器光敏電阻與之連接的方式 串聯(lián)或并聯(lián) 由于滑動(dòng)變阻器的阻值較小 因此滑動(dòng)變阻器采用分壓接法 解析 臭氧發(fā)生器p有光照時(shí)能產(chǎn)生臭氧 黑暗時(shí)不產(chǎn)生臭氧 而光敏電阻有光照時(shí)電阻小 無(wú)光照時(shí)電阻大 可以利用光敏電阻與之串聯(lián) 調(diào)節(jié)電壓 由于p需要電壓小于電源的電壓36v 而光敏電阻阻值與p的阻值較小 故可將變阻器接成分壓式 如圖所示 答案 電路圖見(jiàn)解析 規(guī)律總結(jié)光敏電阻實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)光敏電阻在電路中往往作為控制器來(lái)使用 在這種情況下 一定要把控制要求分析清楚 結(jié)合光敏電阻的特性 確定光敏電阻與被控制元件之間是串聯(lián)還是并聯(lián)關(guān)系 教師備用 多選 如圖所示 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b r2中電流減小c 小燈泡的功率增大d 電路的路端電壓增大 解析 當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí) r3阻值減小 外電路電阻隨r3的減小而減小 r1兩端電壓因干路電流增大而增大 電壓表的示數(shù)增大 同時(shí)內(nèi)電壓增大 故電路路端電壓減小 a正確 d錯(cuò)誤 由路端電壓減小 r1兩端電壓增大知 r2兩端電壓必減小 則r2中電流減小 故b正確 結(jié)合干路電流增大知流過(guò)小燈泡的電流必增大 則小燈泡的功率增大 故c正確 abc 熱點(diǎn)三傳感器在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 例3 2016 江蘇連云港質(zhì)檢 利用傳感器可以探測(cè) 感受外界的信號(hào) 物理?xiàng)l件等 如圖 甲 所示為某同學(xué)用傳感器做實(shí)驗(yàn)得到的小燈泡的u i關(guān)系圖線 1 實(shí)驗(yàn)室提供的器材有 電流傳感器 電壓傳感器 滑動(dòng)變阻器a 阻值范圍0 10 滑動(dòng)變阻器b 0 100 電動(dòng)勢(shì)為6v的電源 不計(jì)內(nèi)阻 小燈泡 開(kāi)關(guān) 導(dǎo)線若干 該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí) 滑動(dòng)變阻器選用的是 選填 a 或 b 請(qǐng)?jiān)趫D 乙 的方框中畫出該實(shí)驗(yàn)的電路圖 2 如果將該小燈泡接入圖 丙 所示的電路中 已知電流傳感器的示數(shù)為0 3a 電源電動(dòng)勢(shì)為3v 則此時(shí)小燈泡的電功率為w 電源的內(nèi)阻為 核心點(diǎn)撥 電流傳感器和電壓傳感器是實(shí)驗(yàn)中替代電流表和電壓表的傳感器 它們?cè)陔娐分械倪B接與電流表和電壓表一樣 即電流傳感器串聯(lián)在電路中 電壓傳感器并聯(lián)在被測(cè)元件上 解析 1 為方便實(shí)驗(yàn)操作 滑動(dòng)變阻器可以選a 小燈泡電阻較小 電流傳感器應(yīng)采用外接法 描繪小燈泡伏安特性曲線 電壓與電流應(yīng)從零開(kāi)始變化 滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法 如圖 a 所示 答案 1 a實(shí)驗(yàn)電路圖見(jiàn)解析 2 0 69 0 66 0 72均可 2 33 2 00 2 67均可 方法總結(jié)實(shí)驗(yàn)中傳感器的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中的傳感器是用來(lái)代替其他儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的 它數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確 為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用電腦處理提供條件 它們不像電流表和電壓表會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生影響 它們的應(yīng)用對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的減小起著重要的作用 其在電路中的連接方式與它替代的儀器連接方式相同 教師備用 2016 山東威海模擬 傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(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 熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線如圖 甲 所示 圖 乙 是用熱敏電阻r1作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器原理圖 1 為了使溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警器鈴響 開(kāi)關(guān)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)變阻器的滑片p向 填 左 或 右 移動(dòng) 解析 1 溫度升高時(shí) 熱敏電阻阻值減小 圖 乙 中通電螺線管的磁性增強(qiáng) 將與彈簧相連的金屬導(dǎo)體向左吸引 要使報(bào)警器所在電路接通并報(bào)警的話 開(kāi)關(guān)應(yīng)接在a處 2 要實(shí)現(xiàn)溫度更高時(shí) 即熱敏電阻阻值更小時(shí)才將報(bào)警器電路接通 應(yīng)該將滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值調(diào)大 即p向左移動(dòng) 答案 1 a 2 左 熱點(diǎn)四實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn) 新題體驗(yàn) 1 2016 湖北七市協(xié)作體聯(lián)考 材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為 壓阻效應(yīng) 利用這種效應(yīng)可以測(cè)量壓力大小 若圖 甲 為某壓敏電阻在室溫下的電阻 壓力特性曲線 其中rf r0分別表示有 無(wú)壓力時(shí)壓敏電阻的阻值 為了測(cè)量壓力f 需先測(cè)量壓敏電阻處于壓力中的電阻值rf 請(qǐng)按要求完成下列實(shí)驗(yàn) 1 設(shè)計(jì)一個(gè)可以測(cè)量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路 在圖 乙 的虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路原理圖 壓敏電阻及所給壓力已給出 待測(cè)壓力大小約為0 4 102 0 8 102n 不考慮壓力對(duì)電路其他部分的影響 要求誤差較小 提供的器材如下 a 壓敏電阻 無(wú)壓力時(shí)阻值r0 6000 b 滑動(dòng)變阻器r 全電阻阻值約200 c 電流表a 量程2 5ma 內(nèi)阻約30 d 電壓表v 量程3v 內(nèi)阻約3k e 直流電源e 電動(dòng)勢(shì)3v 內(nèi)阻很小f 開(kāi)關(guān)s 導(dǎo)線若干 解析 1 根據(jù)題述對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的要求 應(yīng)該采用分壓式接法 電流表內(nèi)接的電路 原理圖如圖所示 答案 1 見(jiàn)解析 2 正確接線后 將壓敏電阻置于待測(cè)壓力下 通過(guò)壓敏電阻的電流是1 33ma 電壓表的示數(shù)如圖 丙 所示 則電壓表的讀數(shù)為v 3 此時(shí)壓敏電阻的阻值為 結(jié)合圖 甲 可知待測(cè)壓力的大小f n 計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字 解析 2 根據(jù)電壓表讀數(shù)規(guī)則 電壓表讀數(shù)為2 00v 答案 2 2 00 3 1 5 10360 2 2016 山東濟(jì)寧調(diào)研 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 ptc熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關(guān)系為rt a kt a 0 k 0 設(shè)計(jì)電路如圖所示 并按如下步驟進(jìn)行操作 1 將滑動(dòng)變阻器滑片p滑到 填 a 或 b 端 單刀雙擲開(kāi)關(guān)s擲于 填 c 或 d 端 調(diào)節(jié)滑片p使電流表 并在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 解析 1 為了電路的安全滑動(dòng)變阻器在閉合開(kāi)關(guān)前 應(yīng)調(diào)至a端 將單刀雙擲開(kāi)關(guān)s擲于c端 并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器 使電流表達(dá)到滿偏 答案 1 ac滿偏 2 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 寫出電流與溫度的關(guān)系式 用題目中給定的符號(hào) i 3 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 改裝成溫度表 根據(jù)改裝原理 此溫度表表盤刻度線的特點(diǎn)是 低溫刻度在 填 左 或 右 側(cè) 刻度線分布是否均勻 填 是 或 否 3 右否 跟蹤訓(xùn)練 即時(shí)鞏固測(cè)效果 1 2016 華中師大附中適應(yīng)考試 多選 電子眼系統(tǒng)通過(guò)路面下埋設(shè)的感應(yīng)線來(lái)感知汽車的壓力 感應(yīng)線是一個(gè)壓電薄膜傳感器 壓電薄膜在受壓時(shí)兩端產(chǎn)生電壓 壓力越大電壓越大 壓電薄膜與電容器c和電阻r組成圖 甲 所示的回路 紅燈亮?xí)r 如果汽車的前 后輪先后經(jīng)過(guò)感應(yīng)線 回路中產(chǎn)生兩脈沖電流 如圖 乙 所示 即視為 闖紅燈 電子眼拍照 則紅燈亮?xí)r a 車輪停在感應(yīng)線上時(shí) 電阻r上有恒定電流b 車輪經(jīng)過(guò)感應(yīng)線的過(guò)程中 電容器先充電后放電c 車輪經(jīng)過(guò)感應(yīng)線的過(guò)程中 電阻r上的電流先增大后減小d 汽車前輪剛越過(guò)感應(yīng)線 又倒回到線內(nèi) 仍會(huì)被電子眼拍照 bd 解析 車輪停在感應(yīng)線上時(shí) 壓力不變 則電壓不變 電容器不充電 也不放電 電阻r上沒(méi)有電流 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 由 乙 圖可知 當(dāng)車輪經(jīng)過(guò)時(shí)電流先增大后減小 然后再反向增大減小 因電壓是在受壓時(shí)產(chǎn)生的 故說(shuō)明電容器先充電后放電 選項(xiàng)b正確 c錯(cuò)誤 若汽車前輪越過(guò)感應(yīng)線 又倒回線內(nèi) 則前輪兩次壓線 仍形成兩個(gè)脈沖電流 符合拍照條件 選項(xiàng)d正確 2 2016 福建三明模擬 熱敏電阻包括正溫度系數(shù)電阻器 ptc 和負(fù)溫度系數(shù)電阻器 ntc 正溫度系數(shù)電阻器 ptc 在溫度升高時(shí)電阻值增大 負(fù)溫度系數(shù)電阻器 ntc 在溫度升高時(shí)電阻值減小 某實(shí)驗(yàn)小組欲探究通過(guò)熱敏電阻r1 常溫下阻值約為10 的電流隨其兩端電壓變化的特點(diǎn) 現(xiàn)提供下列器材 a 電流表a1 量程100ma 內(nèi)阻約1 b 電流表a2 量程1 0a 內(nèi)阻約0 3 c 電壓表v1 量程3 0v 內(nèi)阻約3k d 電壓表v2 量程10 0v 內(nèi)阻約10k e 滑動(dòng)變阻器r 最大阻值為10k f 電源e 電動(dòng)勢(shì)15v 內(nèi)阻忽略 g 開(kāi)關(guān) 導(dǎo)線若干 1 該小組測(cè)出熱敏電阻r1的u i圖線如 甲 圖曲線 所示 該熱敏電阻是 填 ptc 或 ntc 熱敏電阻 2 請(qǐng)?jiān)谒峁┑钠鞑闹羞x擇必需的器材 電流表應(yīng)選 電壓表應(yīng)選 填寫器材前面的字母 并在虛線框內(nèi)畫出該小組設(shè)計(jì)的電路圖 解析 1 甲 圖曲線 所示的熱敏電阻阻值隨電流的增大 即溫度的升高 而增大 是正溫度系數(shù)電阻器 ptc 2 由u i圖線可知 電流表應(yīng)選b 電壓表應(yīng)選d 由于熱敏電阻阻值較小 電流表應(yīng)外接 滑動(dòng)變阻器采用分壓式接法 電路圖如圖所示 答案 1 ptc 2 bd電路圖見(jiàn)解析 3 該小組又通過(guò)查閱資料得出了熱敏電阻r2的u i圖線如 甲 圖曲線 所示 然后將熱敏電阻r1 r2分別與某電池組連成如圖 乙 所示電路 測(cè)得通過(guò)r1和r2的電流分別為0 30a和0 60a 則該電池組的電動(dòng)勢(shì)為v 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 答案 3 10 0 解析 3 在熱敏電阻的伏安特性曲線上過(guò)通過(guò)r1和r2的電流分別為0 30a和0 60a的兩點(diǎn)作直線 該直線在縱軸的截距表示該電池組的電動(dòng)勢(shì) 為10 0v 3 2016 江西臨川模擬 廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào) 電冰箱和微波爐等家用電器中的溫度傳感器 是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化的特性工作的 在圖 甲 中 電源的電動(dòng)勢(shì)e 9 0v 內(nèi)電阻可忽略 g為內(nèi)阻不計(jì)的靈敏電流表 r0為保護(hù)電阻 r為熱敏電阻 其電阻值與溫度變化關(guān)系如圖 乙 的r t圖像所示 則熱敏電阻r與攝氏溫度t的關(guān)系為r 閉合開(kāi)關(guān)s 當(dāng)r的溫度等于40 時(shí) 電流表示數(shù)i1 2 25ma 則當(dāng)電流表的示數(shù)i2 3 6ma時(shí) 熱敏電阻r的溫度是 答案 1 875 10 2t 4