高中物理实验12传感器的简单使用.doc
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高中物理实验十二、传感器的简单使用
江苏省特级教师戴儒京
一、实验
光敏电阻
(课程标准教科书人教版选修3-2第57页)
实验原理:
当光辐射到光敏电阻的表面,使载流子浓度增加,从而降低了材料的电阻。
两端的金属电极之间加上电压,其中便有电流通过,受到适当波长的光线照射时,电流就会随光强的增加而变大,从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可以加直流电压,也可以加交流电压。
图1
将的感光面朝上,然后按图1连接电路,分别用2个电压传感器测量和两端的电压,假设两电压传感器测到的电压分别为,,那么,只要预先知道的大小就能计算出光敏电阻的阻值来。
为了定量地观测光敏电阻的电阻值随光照强度的变化,实验中还需要使用光强传感器同时测量光照的强度。
实验目的:
观察光敏电阻
实验装置:
计算机,数据采集器,光强传感器,两个电压传感器,电阻箱,光敏电阻,学生直流电源,导线若干。
实验步骤:
1.调节电阻箱的阻值,选择合适的电阻(例如),将两个电压传感器与数据采集器的1,2通道连接,把光强传感器连接到3或4通道,然后将数据采集器与计算机连接,进入“TriEiLab”数字化信息系统;
2.把两个电压传感器的两个信号输入端的导线分别短接,对电压传感器进行校零,然后把连接1通道的电压传感器接到两端,把连接2通道的电压传感器接到两端。
3.将光敏电阻的感应面朝上,将光强传感器与光敏电阻放置在一起,打开实验模板“光敏电阻”,在采集间隔和采集时间窗口输入合适的数值,在“公式编辑”中建立物理量电流;光敏电阻;
4.点击“开始”按钮,用一块大的挡光物将光敏电阻附近的光线慢慢挡住,然后再慢慢把挡光物撤掉,观察实验数据曲线,最后结束实验。
实验数据记录与分析:
1.光敏电阻的阻值随时间的变化
2.光敏电阻的阻值与光照强度的关系
此次实验选择,通过上面的数据曲线可以看出,光照变强以后,电阻的确变小了。
二、例题和习题
1.探究热敏电阻的温度特性
某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性,所用器材有:
置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω:
电源E(6V,内阻可忽略):
电压表(量程150mV):
定值电阻R0(阻值20.0Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω):
电阻箱R2(阻值范围0-999.9Ω):
单刀开关S1,单刀双掷开关S2。
实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0℃,将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0:
保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0:
断开S1,记下此时R2的读数,逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0°C,实验得到的R2-t数据见下表。
t/℃
25.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R2/Ω
900.0
680.0
500.0
390.0
320.0
270.0
240.0
回答下列问题:
(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到(填“a”或“b”)端;
(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并做出R2-t曲线:
(3)由图(b)可得到R1,在25℃-80°C范围内的温度特性,当t=44.0℃时,可得R1=Ω;
(4)将Rt握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为Ω,则手心温度为℃。
【答案】23.(10分)
(1)b
(2)如图所示(3)450(4)620.033.0
【解析】本题探究在25℃~80℃范围内某热敏电阻的温度特性,实际上是用比较法测量电阻(不是通常的伏安法),通过热敏电阻与电阻箱的比较(电路中固定电阻的电压相等),来确定热敏电阻的阻值,并且用图象把电阻阻值与温度对应起来,从而已知温度求电阻,或已知电阻求温度。
所以说,本题具有开放性和探究性。
2.某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图11-1图所示,继电器与热敏电阻R1、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。
继电器的电阻约为20Ω,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示
(1)提供的实验器材有:
电源E1(3V,内阻不计)、电源E2(6V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0~200Ω)、滑动变阻器R2(0~500Ω)、热敏电阻Rt,继电器、电阻箱(0~999.9Ω)、开关S、导线若干。
为使该装置实现对30~80℃之间任一温度的控制,电源E应选用(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用(选填“R1”或“R2”)。
(2)实验发现电路不工作。
某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图11-2图所示的选择开关旋至(选填“A”、“B”、“C”或“D”)
(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查,在题11-1图中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时指针(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针(选填“偏转”或“不偏转”)。
(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合,下列操作步骤正确顺序是。
(填写各步骤前的序号)
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关,将电阻箱从电路中移除
④合上开关,调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1Ω
【解析】
(1)根据,若,取最大值,则约3.3V,大于3V,所以电源选E2,当取最小值,R滑约330,所以R滑选R2.
(2)直流10V挡(因大于6V)
(3)a、b短路,所以不偏转,a、c断路,接电压表后偏转。
(4)先用滑动变阻器调试,后换上热敏电阻。
【答案】
11.
(1)E2R2
(2)C
(3)不偏转偏转
(4)⑤④②③①
3.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过时,系统报警。
提供的器材有:
热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过时就会报警),电阻箱(最大阻值为),直流电源(输出电压为,内阻不计),滑动变阻器(最大阻值为),滑动变阻器(最大阻值为),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节。
已知约为,约为;流过报警器的电流超过时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在时阻值为。
(1) 在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2) 电路中应选用滑动变阻器_____________(填“”或“”)。
(3) 按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为______;滑动变阻器的滑片应置于_______(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是________________________________。
②将开关向_______(填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至________________________________。
(4) 保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
【答案】
(1)如下图
(2)
(3)①650.0,b,
接通电源后,流过报警器的电流会超过20mA,报警器可能损坏
②c,报警器开始报警
【解析】①热敏电阻工作温度达到时,报警器报警。
故需通过调节电阻箱使其电阻为时的热敏电阻的阻值,即调节到阻值650.0Ω,光使报警器能正常报警,电路图如上图
②,当通过报警器的电流,故电路中总电阻,
,故滑动变阻器选。
③热敏电阻为时,报警器开始报警,模拟热敏电阻的电阻器阻值也应为为防止通过报警器电流过大,造成报警器烧坏,应使滑动变阻器的滑片置于b端.
4.热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。
图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。
由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力__________(选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的影响更__________(选填“敏感”或“不敏感”)。
【解析】
(1)由于温度越高,热敏电阻越小,即对电流的阻碍作用越小,则导电能力越强,根据图像可知热敏电阻在相同的温度范围变化时,阻值变大,则越敏感。