高考物理一輪復習第11章交變電流傳感器實驗12傳感器的簡單使用教案新人教版

實驗十二傳感器的簡單使用1．實驗目的(1)了解常見傳感器元件的作用。(2)探究熱敏電阻、光敏電阻的特性。2．實驗原理傳感器將感受到的非電學量(力、熱、光、聲等)，轉換成便于測量的電學量。3．實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等。4．實驗過程(1)研究熱敏電阻的特性①按如圖所示連接好實物。②將熱水分幾次注入燒杯中，測量每次水的溫度、熱敏電阻的阻值。③結論：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。(2)研究光敏電阻的特性①將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器按如圖所示正確連接，多用電表置于“×100”擋。②先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值。③打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調節(jié)燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察光敏電阻的變化情況。④用黑紙遮光時，觀察光敏電阻的變化情況。⑤結論：光照增強光敏電阻阻值變小，光照減弱光敏電阻阻值變大。5．注意事項(1)在做熱敏電阻實驗時，加開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、電壓和電流值。(2)光敏電阻實驗中，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照射到光敏電阻上的光的強度。(3)歐姆表每次換擋后都要重新調零。教材原型實驗1．某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性。現(xiàn)用直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關和導線連成如圖甲所示的實物圖。甲(1)實驗的主要步驟：①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調節(jié)并記錄電源輸出的電流值；②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關，________，________，斷開開關。③重復第②步操作若干次，測得多組數據。(2)實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據此繪得如圖乙所示的R-t關系圖線，請根據圖線寫出該熱敏電阻的R-t關系式：R＝________＋________t(Ω)(保留3位有效數字)。乙[解析](1)因本實驗是探究熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，所以實驗需要測出熱敏電阻的阻值及相應的溫度，熱敏電阻的阻值用R＝eq\f(U,I)間接測量，故需要記錄的數據是溫度計的示數和電壓表的示數。(2)設熱敏電阻R＝R0＋kt，k＝eq\f(108－104,20－10)＝0.400。由圖線知，溫度為10℃時，熱敏電阻R＝104Ω，則R0＝R－kt＝(104－0.400×10)Ω＝100Ω，所以Rt(Ω)。[答案]2．如圖所示，一熱敏電阻RT放在控溫容器M內；為毫安表，量程為6mA，內阻為數十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3V，內阻很??；R為電阻箱，最大阻值為999.9Ω；S為開關。已知RT在95℃時的阻值為150Ω，在20℃時的阻值約為550Ω。現(xiàn)要求在降溫過程中測量在20～95℃之間的多個溫度下RT的阻值。(1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖。(2)完成下列實驗步驟中的填空：a．依照實驗原理電路圖連線。b．調節(jié)控溫容器M內的溫度，使得RT的溫度為95℃。c．將電阻箱調到適當的阻值，以保證儀器安全。d．閉合開關，調節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數I0，并記錄________。e．將RT的溫度降為T1(20℃<T1<95℃)；調節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數________，記錄__________________________________________________________________________________________________________________。f．溫度為T1時熱敏電阻的電阻值RT1＝________。g．逐步降低T1的數值，直到20℃為止；在每一溫度下重復步驟e、f。[解析](1)電阻箱的最大阻值與熱敏電阻的最大阻值相差不大，因此電阻箱應與熱敏電阻串聯(lián)，電路圖如圖所示。(2)本實驗原理是電路對應不同狀態(tài)時，通過調節(jié)電阻箱，使電路中的電流相等，外電路的總電阻相等。RT的溫度為95℃和降為T1時對應的電路的電阻相等，有150Ω＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150Ω。[答案](1)見解析圖(2)D．電阻箱的讀數R0e．仍為I0電阻箱的讀數R1f．R0－R13．電控調光玻璃能根據光照強度自動調節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9V的電源上，光敏電阻阻值隨光強變化關系如表所示：光強E/cd12345電阻值/Ω1896[“光強”是表示光強弱程度的物理量，符號為E，單位坎德拉(cd)](1)當光照強度為4坎德拉(cd)時光敏電阻Rx的大小為________Ω。(2)其原理是光照增強，光敏電阻Rx阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明度下降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變，R0是定值電阻，則下列電路圖中符合要求的是________(填序號)。ABCD[解析](1)由表格數據可知，光敏電阻Rx與光強E的乘積均為18Ω·cd不變，則當E＝4cd時，光敏電阻的阻值：Rx＝eq\f(18Ω·cd,4cd)＝4.5Ω。(2)由題意可知，光敏電阻Rx與定值電阻R0串聯(lián)連接，光照增強時，光敏電阻Rx阻值減小，電路中的總電阻減小，由I＝eq\f(U,R)可知，電路中的電流增大，由U＝IR可知，R0兩端的電壓增大，因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，所以Rx兩端的電壓減小，反之，光照減弱時，光敏電阻Rx阻值增大，R0兩端的電壓減小，Rx兩端的電壓增大，則玻璃并聯(lián)在R0兩端時不符合，玻璃并聯(lián)在Rx兩端時符合，故A項錯誤，C項正確；若玻璃與電源并聯(lián)，光照變化時，玻璃兩端的電壓不變，故B、D項錯誤。[答案](1)4.5(2)C拓展創(chuàng)新實驗實驗目的創(chuàng)新eq\o([典例1])(2020·全國卷Ⅲ·T23)已知一熱敏電阻當溫度從10℃升至60℃時阻值從幾千歐姆降至幾百歐姆，某同學利用伏安法測量其阻值隨溫度的變化關系。所用器材：電源E、開關S、滑動變阻器R(最大阻值為20Ω)、電壓表(可視為理想電表)和毫安表(內阻約為100Ω)。(1)在虛線框中所給的器材符號之間畫出連線，組成測量電路圖。(2)實驗時，將熱敏電阻置于溫度控制室中，記錄不同溫度下電壓表和毫安表的示數，計算出相應的熱敏電阻阻值。若某次測量中電壓表和毫安表的示數分別為5.5V和3.0mA，則此時熱敏電阻的阻值為________kΩ(保留2位有效數字)。實驗中得到的該熱敏電阻阻值R隨溫度t變化的曲線如圖(a)所示。(3)將熱敏電阻從溫控室取出置于室溫下，測得達到熱平衡后熱敏電阻的阻值為2.2kΩ。由圖(a)求得，此時室溫為________℃(保留3位有效數字)。圖(a)圖(b)(4)利用實驗中的熱敏電阻可以制作溫控報警器，其電路的一部分如圖(b)所示。圖中，E為直流電源(電動勢為10V，內阻可忽略)；當圖中的輸出電壓達到或超過6.0V時，便觸發(fā)報警器(圖中未畫出)報警。若要求開始報警時環(huán)境溫度為50℃，則圖中________(填“R1”或“R2[解析](1)由于滑動變阻器的最大阻值比待測電阻的阻值小得多，因此滑動變阻器應用分壓式接法，由于電壓表可視為理想電表，則電流表應用外接法，電路圖如答圖所示。(2)由歐姆定律得R＝eq\f(U,I)＝eq\f(,3.0×10－3)Ω＝1.8×103Ω(或1.8kΩ)。(3)由題圖(a)可直接讀出熱敏電阻的阻值為2.2kΩ時，室溫為25.5℃。(4)由題意可知隨溫度的升高R2兩端的輸出電壓應增大，又由串聯(lián)電路的特點可知，R1的阻值應減小或R2的阻值應增大，而熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，因此R1應為熱敏電阻；當環(huán)境溫度為50℃時，熱敏電阻的阻值為0.8kΩ，則由串聯(lián)電路的特點有eq\f(E,R1＋R2)＝eq\f(U2,R2)，解得R2＝1.2kΩ。[答案](1)如圖所示(2)1.8(3)25.5(4)R1創(chuàng)新點解讀：1本實驗采用滑動變阻器分壓式接法測量小阻值的熱敏電阻的阻值。2采用熱敏電阻控制電路，使之成為一種溫控報警器。實驗原理的創(chuàng)新eq\o([典例2])現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω)，單刀雙擲開關一個，導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調節(jié)。已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報警器的電流超過20mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時阻值為650.0Ω。(1)完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。(2)電路中應選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2(3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng)：①電路接通前，需將電阻箱調到一固定的阻值，根據實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應置于________(選填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是____________________________________________________________________________________________________。②將開關向________(選填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至________________________________________。(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。[解析](1)電路圖連接如圖。(2)報警器開始報警時，對整個回路有U＝Ic(R滑＋R熱)，代入數據可得R滑＝1150.0Ω，因此滑動變阻器應選擇R2。(3)①在調節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應為報警器報警時熱敏電阻的阻值，即為650.0Ω?；瑒幼冏杵髟陔娐分袨橄蘖鹘臃ǎ瑧糜赽端附近，若置于另一端a時，閉合開關，則電路中的電流I＝eq\f(18,650.0)A≈27.7mA，超過報警器最大電流20mA，報警器可能損壞。②開關應先向c端閉合，移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警為止。[答案](1)連線見解析圖(2)R2(3)①650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20mA，報警器可能損壞②c報警器開始報警創(chuàng)新點解讀：在設置報警溫度時，借助于電阻箱等效替代熱敏電阻進行電阻設置，使之達到報警的溫度。實驗器材的創(chuàng)新eq\o([典例3])材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應”，利用這種效應可以測量壓力大小。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、無壓力時壓敏電阻的阻值。為了測量壓力F，需先測量壓敏電阻處于壓力中的電阻值RF。請按要求完成下列實驗。甲乙(1)設計一個可以測量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框中畫出實驗電路原理圖(壓敏電阻及所給壓力已給出，待測壓力大小約為0.4×102～0.8×102N，不考慮壓力對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，無壓力時阻值R0＝6000ΩB．滑動變阻器R，全電阻阻值約200ΩC．電流表A，量程2.5mA，內阻約30ΩD．電壓表V，量程3V，內阻約3kΩE．直流電源E，電動勢3V，內阻很小F．開關S，導線若干(2)正確接線后，將壓敏電阻置于待測壓力下，通過壓敏電阻的電流是1.33mA，電壓表的示數如圖丙所示，則電壓表的讀數為________V。丙(3)此時壓敏電阻的阻值為________Ω；結合圖甲可知待測壓力的大小F＝________N。(計算結果均保留兩位有效數字)[解析](1)根據題述對實驗電路的要求，應該采用分壓式接法、電流表內接的電路，原理圖如圖所示。(2)根據電壓表讀數規(guī)則，電壓表讀數為2.00V。(3)由歐姆定律，此時壓敏電阻的阻值為RF＝eq\f(U,I)－RA≈1.5×103Ω，eq\f(R0,RF)＝4，由題圖甲可知，對應的待測壓力F＝60N。[答案](1)見解析圖(2)2.00(3)1.5×10360創(chuàng)新點解讀：1已知壓敏電阻的阻值隨壓力變化的特性曲線。2測出在力F作用下壓敏電阻的阻值即可對照eq\f(R0,RF)-F特性曲線得出力F的大小。1.(福建莆田一中2020屆月考)熱敏陶瓷是一類電阻率隨溫度發(fā)生明顯變化的新型材料，可用于測量溫度。某同學利用實驗室提供的一種電阻阻值隨溫度呈線性變化(關系式為：Rt＝kt＋b，其中k>0，b<0，t為攝氏溫度)的熱敏電阻，把一靈敏電流計改裝為溫度計。除熱敏電阻和靈敏電流計外，還用到如下器材：A．直流電源(電動勢為E，內阻不計)；B．滑動變阻器；C．單刀雙擲開關；D．標準溫度計；E.導線及其他輔助材料。該同學設計電路如圖所示，按如下步驟進行操作。(1)按電路圖連接好器材。(2)將滑動變阻器滑片P滑到________(填“a”或“b”)端，單刀雙擲開關S擲于________(填“c”或“d”)端，調節(jié)滑片P使電流計滿偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不動，設此時電路總電阻為R，斷開開關。(3)容器中倒入適量開水，觀察標準溫度計，每當標準溫度計示數下降5℃，就將開關S置于d端，并記錄此時的溫度t和對應的電流計的示數I，然后斷開開關。請根據溫度計的設計原理和電路圖，寫出電流與溫度的關系式(用題目中給定的符號表示)I＝________。(4)根據對應溫度記錄的電流計示數，重新刻制電流計的表盤，改裝成溫度計。根據改裝原理，此溫度計表盤刻度線的特點是：低溫刻度在________(填“左”或“右”)側，刻度線分布是否均勻？________(填“是”或“否”)。[解析](2)根據實驗的原理可知，需要先選取合適的滑動變阻器的電阻值，結合滑動變阻器使用的注意事項可知，開始時需要將滑動變阻器滑片P滑到a端，以保證電流計的使用安全；然后將單刀雙擲開關S擲于c端，調節(jié)滑片P使電流計滿偏，設此時電路總電阻為R，斷開開關。(3)當溫度為t時，熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關系為Rt＝kt＋b，根據閉合電路的歐姆定律可得I＝eq\f(E,R＋Rt)＝eq\f(E,R＋kt＋b)。(4)由上式可知，溫度越高，電流表中的電流值越小，所以低溫刻度在表盤的右側；由于電流與溫度不是線性關系，所以表盤的刻度分布是不均勻的。[答案](2)ac(3)eq\f(E,R＋kt＋b)(4)右否2．(云南昆明一中2020屆月考)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所用光控開關控制照明系統(tǒng)，光控開關可用光敏電阻控制，如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度的變化曲線，照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為勒克斯(lx)。如圖乙所示，電源電動勢為3V，內阻不計，當控制開關兩端電壓上升至2V時控制開光自動啟動照明系統(tǒng)。要求當天色漸暗照度降至1.0(lx)時控制開光接通照明系統(tǒng)，則R1＝________kΩ。甲乙[解析]電阻R1和R0串聯(lián)，eq\f(R0,R1)＝eq\f(U0,U1)＝eq\f(2,1)，當照度為1.0(lx)時，電阻R0＝20kΩ，則R1＝10kΩ。[答案]103．實驗室備有以下器材：電壓傳感器、電流傳感器、滑動