1、高考物理一轮第11章 实验十二 传感器的简单应用实验十二传感器的简单应用1实验目的(1)了解常见传感器元件的作用。(2)探究热敏电阻、光敏电阻的特性。2实验原理传感器将感受到的非电学量(力、热、光、声等),转换成便于测量的电学量。3实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。4实验过程(1)研究热敏电阻的特性按如图所示连接好实物。将热水分几次注入烧杯中,测量每次水的温度、热敏电阻的阻值。总结:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。(2)研究光敏电阻的特性将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示正确连
2、接,多用电表置于“100”挡。先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值。打开电源,让小灯泡发光,调节灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察光敏电阻的变化情况。用黑纸遮光时,观察光敏电阻的变化情况。总结:光照增强光敏电阻阻值变小,光照减弱光敏电阻阻值变大。考点一| 热敏电阻的特性与应用1热敏电阻的特性热敏电阻的阻值随温度升高而减小,随温度降低而增大。2热敏电阻的作用将温度这个热学量转换为电阻这个电学量。1利用负温度系数热敏电阻(温度越高,电阻越小)制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他
3、因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变_(选填“大”或“小”)。(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 (如图甲所示),则25 的刻度应在20 的刻度的_(选填“左”或“右”)侧。甲乙(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。解析:(1)因为温度降低时,负温度系数热敏电阻的阻值增大,故电路中电流会减小。(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25 的刻度应对应较大电流,故在20 的刻度的右侧。(3)电路如图所示答案:(1)小(2
4、)右(3)见解析2(2019佛山模拟)如图甲表示某电阻R随摄氏温度t变化的关系,图中R0表示0 时的电阻,K表示图线的斜率。若用该电阻与电池(E,r)、电流表Rg、变阻器R串联起来,连接成如图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,于是就得到了一个简单的“电阻测温计”。甲乙(1)实际使用时要把电流表的刻度值改为相应的温度刻度值,若温度t1t2,则t1的刻度应在t2的_(选填“左”或“右”)侧。(2)在标识“电阻测温计”的温度刻度时,需要弄清所测温度和电流的对应关系。请用E、R0、K等物理量表示所测温度t与电流I的关系式:t_。(3)由(2)知,计算温度和电流的对
5、应关系,需要测量电流表的内阻(约为200 )。已知实验室有下列器材:A电阻箱(099.99 );B电阻箱(0999.9 );C.滑动变阻器(020 );D.滑动变阻器(020 k)。此外,还有电动势合适的电源、开关、导线等。请在虚线框内设计一个用“半偏法”测电流表内阻Rg的电路;在这个实验电路中,电阻箱应选_;滑动变阻器应选_。(只填代码)解析:(1)由题图甲可知,金属温度升高电阻增大,电流计电流减小,可知t1刻度应在t2的右侧。(2)由闭合电路欧姆定律知EI(RRRgr)由题图甲知RR0Kt解得t(RgrRR0)。(3)采用半偏法测电阻值,电阻箱的最大阻值应该大于电流表的内阻,同时滑动变阻器
6、应该选择阻值较大的,故电阻箱选择B,滑动变阻器选择D。电路图如图所示。答案:(1)右(2)(RgrRR0)(3)电路图见解析BD3.如图所示,一热敏电阻RT放在控温容器M内;为毫安表,量程6 mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9 ,S为开关。已知RT在95 时的阻值为150 ,在20 时的阻值约为550 。现要求在降温过程中测量在2095 之间的多个温度下RT的阻值。(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图。(2)完成下列实验步骤中的填空:a依照实验原理电路图连线。b调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 。c将电阻箱调到适当的
7、阻值,以保证仪器安全。d闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录_。e将RT的温度降为T1(20 T195 );调节电阻箱,使得电流表的读数_,记录_。f温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1_。g逐步降低T1的数值,直到20 为止;在每一温度下重复步骤e、f。解析:(1)根据所给器材,要测量在不同温度下RT的阻值,只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路,如图所示。(2)依照实验原理电路图连线;调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 ,此时RT阻值为150 ,将电阻箱调到适当的阻值,以保证仪器安全;闭合开关,调节电阻箱,记录毫安表的示数I0,并记录电阻箱的读数R0,根
8、据欧姆定律有I0;将RT的温度降为T1(20 T195 );调节电阻箱,使得毫安表的读数仍为I0,记录电阻箱的读数为R1,根据欧姆定律:I0,则,解得RT1R0R1150 。答案:(1)见解析(2)d.电阻箱的读数R0e仍为I0电阻箱的读数R1fR0R1150 考点二| 光敏电阻的特性与应用1光敏电阻的特性光照增强光敏电阻变小,光照减弱光敏电阻变大。2光敏电阻的作用将光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。1一台臭氧发生器P的电阻为10 k,当供电电压等于24 V时能正常工作,否则不产生臭氧。现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置,要求它在有光照时能产生臭氧,在黑暗时不产生臭氧,拟用一个光敏电阻
9、R1对它进行控制,R1的阻值在有光照时为100 ,黑暗时为1 000 、允许通过的最大电流为3 mA;电源E的电压为36 V、内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0100 、允许通过的最大电流为0.4 A;一个开关S和导线若干。臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示。设计一个满足上述要求的电路图,图中各元件要标上字母代号,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内)。解析:因变阻器最大阻值100 远小于臭氧发生器P的电阻10 k,为了能控制臭氧发生器,应该使用滑动变阻器的分压式连接,有光照时P能正常工作,无光照时P不工作,电路如图所示。答案:见解析2为了节能和环保
10、,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表:照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据,请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。(2)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗,照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(
11、不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下:光敏电阻RP(符号,阻值见上表);直流电源E(电动势3 V,内阻不计);定值电阻:R110 k,R220 k,R340 k(限选其中之一并在图中标出);开关S及导线若干。解析:(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示。特点:光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。 甲 乙(2)控制开关自动启动照明系统,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,即此时光敏电阻阻值为20 k,两端电压为2 V,电源电动势为3 V,所以应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10 k,即选用R1,电路原理图如图乙所示。答案:见解析考
12、点三| 传感器的实验拓展除了热敏电阻和光敏电阻外,还有一些常用的传感器元件如下:(1)压敏电阻:将压力转换为电学量(电阻)。(2)气敏电阻:将气体浓度转换电学量(电阻)。(3)光电管:将所收到的光信号转换成电信号。(4)电容器:将位移、角度、压力转换为电学量(电容)。(5)霍尔元件:将磁感应强度转换为电学量(电压)。(6)弹簧:将弹力、加速度转换为电学量(电流)。1(多选)(2019南通模拟)霍尔传感器测量转速的原理图如图所示,传感器固定在圆盘附近,圆盘上固定4个小磁体,在a、b间输入方向由a到b的恒定电流,圆盘转动时,每当磁体经过霍尔元件,传感器c、d端输出一个脉冲电压,检测单位时间内的脉冲
13、数可得到圆盘的转速。关于该测速传感器,下列说法中正确的有()A在图示位置时刻d点电势高于c点电势B圆盘转动越快,输出脉动电压峰值越高Cc、d端输出脉冲电压的频率是圆盘转速的4倍D增加小磁体个数,传感器转速测量更准确CD霍尔元件有电子或空穴导电,根据左手定则,载流子向上表面偏转,即c点,所以c点电势不一定高于d点,故A项错误;最终电子或空穴在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,设霍尔元件的长、宽、厚分别为a、b、c,电子或空穴定向移动的速度为v,有qqvB,所以UBbv,输出脉冲电压峰值与圆盘转动快慢无关,故B项错误;当小磁体靠近霍尔元件时,就是会产生一个脉冲电压,因此c、d端输出脉冲电压的频率是
14、圆盘转动频率的4倍,即为转速的4倍,故C项正确;当增加小磁体个数,传感器c、d端输出一个脉冲电压频率变高,那么传感器转速测量更准确,故D项正确。2.某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也要发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应,已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材:A电源E(3 V,内阻约为1 )B电流表A1(00.6 A,内阻r15 )C电流表A2(00.6 A,内阻r2约为1 )D开关S,定值电阻R05 (1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值,请完成虚线框内电路图的设计。(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1,A2的读数为I2,得Rx_(用字母表示)。(3)改变力的大小,得到不同的Rx值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的Rx值。最后绘成的图象如图所示,除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外,还可以得到的结论是_
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1