高考物理大一輪復習 第十一章 交變電流 實驗十二 傳感器的簡單使用課件.ppt

實驗十二傳感器的簡單使用 實驗基礎 熱點定位 跟蹤訓練 實驗基礎 理解落實夯基礎 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1 在做熱敏實驗時 加熱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 2 在光敏實驗中 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 熱點定位 重點透析通熱點 熱點一溫度傳感器的應用 例1 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)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 甲 所示 圖中的電壓表內(nèi)阻很大 實驗中的部分實驗數(shù)據(jù)測量結果如表所示 回答下列問題 1 根據(jù)圖 甲 所示的電路 在圖 乙 所示的實物圖上連線 核心點撥 1 實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 見解析 2 為了檢驗rl與t之間近似為線性關系 在圖 丙 中作出rl t關系圖線 核心點撥 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關系圖線如圖 b 所示 答案 2 見解析 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 核心點撥 3 回答熱敏電阻的溫度時要利用rl t圖像進行讀數(shù) 解析 3 因為電流表的最小刻度為5ma 故讀數(shù)時只需要精確到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驗的主要方法 1 在高中階段關于傳感器的實驗主要側重于實驗電路的設計與連接 實驗數(shù)據(jù)的處理或根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫圖像 2 實驗電路一般采用滑動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 要充分利用好實驗得到的數(shù)據(jù)獲得實驗結果 4 連接實物圖時 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 電動勢約為3v 內(nèi)阻很小 r為電阻箱 最大阻值為999 9 s為開關 已知rt在95 時的阻值為150 在20 時的阻值約為550 現(xiàn)要求在降溫過程中測量在95 20 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 解析 1 根據(jù)所給器材 要測量在不同溫度下rt的阻值 只能將電阻箱 熱敏電阻 毫安表與電源串聯(lián)形成測量電路 如圖所示 答案 1 見解析 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(nèi)的溫度 使得rt的溫度為95 c 把電阻箱調到適當?shù)某踔?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(shù)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(shù) 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(shù)值 直至20 為止 在每一溫度下重復步驟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 熱點二光電傳感器的應用 例2 一臺臭氧發(fā)生器p的電阻為10k 當供電電壓低于24v時能正常工作 否則不產(chǎn)生臭氧 現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置 要求它在有光照時能產(chǎn)生臭氧 在黑暗時不產(chǎn)生臭氧 擬用一個光敏電阻r1對它進行控制 r1的阻值在有光照時為100 黑暗時為1000 允許通過的最大電流為3ma 電源e的電壓為36v 內(nèi)阻不計 另有一個滑動變阻器r2 阻值為0 100 允許通過的最大電流為0 4a 一個開關s和導線若干 臭氧發(fā)生器p和光敏電阻r1的符號如圖所示 設計一個滿足上述要求的電路圖 圖中各元件要標上字母代號 其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標上字母a b 核心點撥 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) 由于滑動變阻器的阻值較小 因此滑動變阻器采用分壓接法 解析 臭氧發(fā)生器p有光照時能產(chǎn)生臭氧 黑暗時不產(chǎn)生臭氧 而光敏電阻有光照時電阻小 無光照時電阻大 可以利用光敏電阻與之串聯(lián) 調節(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 電路圖見解析 規(guī)律總結光敏電阻實驗電路的設計光敏電阻在電路中往往作為控制器來使用 在這種情況下 一定要把控制要求分析清楚 結合光敏電阻的特性 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 當照射光強度增大時 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 當照射光強度增大時 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 同時內(nèi)電壓增大 故電路路端電壓減小 a正確 d錯誤 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 結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大 則小燈泡的功率增大 故c正確 abc 熱點三傳感器在實驗中的應用 例3 2016 江蘇連云港質檢 利用傳感器可以探測 感受外界的信號 物理條件等 如圖 甲 所示為某同學用傳感器做實驗得到的小燈泡的u i關系圖線 1 實驗室提供的器材有 電流傳感器 電壓傳感器 滑動變阻器a 阻值范圍0 10 滑動變阻器b 0 100 電動勢為6v的電源 不計內(nèi)阻 小燈泡 開關 導線若干 該同學做實驗時 滑動變阻器選用的是 選填 a 或 b 請在圖 乙 的方框中畫出該實驗的電路圖 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 電源電動勢為3v 則此時小燈泡的電功率為w 電源的內(nèi)阻為 核心點撥 電流傳感器和電壓傳感器是實驗中替代電流表和電壓表的傳感器 它們在電路中的連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)在被測元件上 解析 1 為方便實驗操作 滑動變阻器可以選a 小燈泡電阻較小 電流傳感器應采用外接法 描繪小燈泡伏安特性曲線 電壓與電流應從零開始變化 滑動變阻器應采用分壓接法 如圖 a 所示 答案 1 a實驗電路圖見解析 2 0 69 0 66 0 72均可 2 33 2 00 2 67均可 方法總結實驗中傳感器的特點實驗中的傳感器是用來代替其他儀器進行數(shù)據(jù)采集的 它數(shù)據(jù)采集準確 為實驗數(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對電路產(chǎn)生影響 它們的應用對實驗系統(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 傳感器擔負著信息采集的任務 在自動控制中發(fā)揮著重要作用 傳感器能夠將感受到的物理量 如溫度 光 聲等 轉換成便于測量的量 通常是電學量 例如熱傳感器 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單自動報警器原理圖 1 為了使溫度過高時報警器鈴響 開關應接在 填 a 或 b 處 2 若使啟動報警的溫度提高些 應將滑動變阻器的滑片p向 填 左 或 右 移動 解析 1 溫度升高時 熱敏電阻阻值減小 圖 乙 中通電螺線管的磁性增強 將與彈簧相連的金屬導體向左吸引 要使報警器所在電路接通并報警的話 開關應接在a處 2 要實現(xiàn)溫度更高時 即熱敏電阻阻值更小時才將報警器電路接通 應該將滑動變阻器連入電路的阻值調大 即p向左移動 答案 1 a 2 左 熱點四實驗的創(chuàng)新與改進 新題體驗 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 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 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 的虛線框內(nèi)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 6000 b 滑動變阻器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 電動勢3v 內(nèi)阻很小f 開關s 導線若干 解析 1 根據(jù)題述對實驗電路的要求 應該采用分壓式接法 電流表內(nèi)接的電路 原理圖如圖所示 答案 1 見解析 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(shù)如圖 丙 所示 則電壓表的讀數(shù)為v 3 此時壓敏電阻的阻值為 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(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 山東濟寧調研 某同學嘗試把一個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 學生電源 電動勢為e 內(nèi)阻不計 滑動變阻器 單刀雙擲開關 導線若干 導熱性能良好的防水材料 標準溫度計 ptc熱敏電阻 ptc熱敏電阻的阻值與攝氏溫度t的關系為rt a kt a 0 k 0 設計電路如圖所示 并按如下步驟進行操作 1 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使電流表 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 斷開電路 解析 1 為了電路的安全滑動變阻器在閉合開關前 應調至a端 將單刀雙擲開關s擲于c端 并調節(jié)滑動變阻器 使電流表達到滿偏 答案 1 ac滿偏 2 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(shù)下降5 就將開關s置于d端 并記錄此時的溫度t和對應的電流表的示數(shù)i 然后斷開開關 請根據(jù)溫度表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 i 3 根據(jù)對應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是 低溫刻度在 填 左 或 右 側 刻度線分布是否均勻 填 是 或 否 3 右否 跟蹤訓練 即時鞏固測效果 1 2016 華中師大附中適應考試 多選 電子眼系統(tǒng)通過路面下埋設的感應線來感知汽車的壓力 感應線是一個壓電薄膜傳感器 壓電薄膜在受壓時兩端產(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 紅燈亮時 如果汽車的前 后輪先后經(jīng)過感應線 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 則紅燈亮時 a 車輪停在感應線上時 電阻r上有恒定電流b 車輪經(jīng)過感應線的過程中 電容器先充電后放電c 車輪經(jīng)過感應線的過程中 電阻r上的電流先增大后減小d 汽車前輪剛越過感應線 又倒回到線內(nèi) 仍會被電子眼拍照 bd 解析 車輪停在感應線上時 壓力不變 則電壓不變 電容器不充電 也不放電 電阻r上沒有電流 選項a錯誤 由 乙 圖可知 當車輪經(jīng)過時電流先增大后減小 然后再反向增大減小 因電壓是在受壓時產(chǎn)生的 故說明電容器先充電后放電 選項b正確 c錯誤 若汽車前輪越過感應線 又倒回線內(nèi) 則前輪兩次壓線 仍形成兩個脈沖電流 符合拍照條件 選項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 在溫度升高時電阻值增大 負溫度系數(shù)電阻器 ntc 在溫度升高時電阻值減小 某實驗小組欲探究通過熱敏電阻r1 常溫下阻值約為10 的電流隨其兩端電壓變化的特點 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 滑動變阻器r 最大阻值為10k f 電源e 電動勢15v 內(nèi)阻忽略 g 開關 導線若干 1 該小組測出熱敏電阻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 請在所提供的器材中選擇必需的器材 電流表應選 電壓表應選 填寫器材前面的字母 并在虛線框內(nèi)畫出該小組設計的電路圖 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 電流表應選b 電壓表應選d 由于熱敏電阻阻值較小 電流表應外接 滑動變阻器采用分壓式接法 電路圖如圖所示 答案 1 ptc 2 bd電路圖見解析 3 該小組又通過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 測得通過r1和r2的電流分別為0 30a和0 60a 則該電池組的電動勢為v 結果保留三位有效數(shù)字 答案 3 10 0 解析 3 在熱敏電阻的伏安特性曲線上過通過r1和r2的電流分別為0 30a和0 60a的兩點作直線 該直線在縱軸的截距表示該電池組的電動勢 為10 0v 3 2016 江西臨川模擬 廣泛應用于室內(nèi)空調 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 電源的電動勢e 9 0v 內(nèi)電阻可忽略 g為內(nèi)阻不計的靈敏電流表 r0為保護電阻 r為熱敏電阻 其電阻值與溫度變化關系如圖 乙 的r t圖像所示 則熱敏電阻r與攝氏溫度t的關系為r 閉合開關s 當r的溫度等于40 時 電流表示數(shù)i1 2 25ma 則當電流表的示數(shù)i2 3 6ma時 熱敏電阻r的溫度是 答案 1 875 10 2t 4