2018年高考物理 實驗十一 傳感器的簡單使用教學案

1、學必求其心得，業(yè)必貴于專精實驗十一 傳感器的簡單使用1.知道什么是傳感器，知道光敏電阻和熱敏電阻的作用.2。能夠通過實驗探究光敏電阻和熱敏電阻的特性。3.了解常見的各種傳感器的工作原理、元件特性及設計方案 一、研究熱敏電阻的特性1實驗原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進行測量和觀察2實驗器材半導體熱敏電阻、多用電表、溫度計、鐵架臺、燒杯、涼水和熱水3實驗步驟(1)按實驗原理圖甲連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理；（2)把多用電表置于歐姆擋，并選擇適當的量程測出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值,并記下溫度計的示數；(3)向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計的示數和多用電表測量的熱敏電阻

2、的阻值；（4）將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄4數據處理在圖1坐標系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線圖15實驗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6注意事項實驗時，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,并同時讀出水溫二、研究光敏電阻的光敏特性1實驗原理閉合電路歐姆定律,用歐姆表進行測量和觀察2實驗器材光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導線、電源3實驗步驟（1）將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器如實驗原理圖乙所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋；(2）先測出在室內自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數

3、據;(3）打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄(4）用手掌（或黑紙)遮光時，觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄4數據處理根據記錄數據分析光敏電阻的特性5實驗結論（1）光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強光照射下電阻值很小(2)光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量6注意事項（1)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射到光敏電阻上的光的多少來達到實驗目的；(2)歐姆表每次換擋后都要重新調零高頻考點一溫度傳感器的應用例1(2016全國乙卷23)現要組裝一個由熱敏電阻控制的報

4、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999.9 )，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1 000 )，滑動變阻器r2（最大阻值為2 000 )，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18 v，ic約為10 ma;流過報警器的電流超過20 ma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。0 。(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

5、下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng):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_；滑動變阻器的滑片應置于_(填“a或“b)端附近,不能置于另一端的原因是_。將開關向_（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uic（r滑r熱）代入數據可得r滑1 150。0 ，因此滑動變阻器應選擇r2。答案：(1)連線如解析圖所示(2)r2（3)650。0b接通電源后,流過報警器的電流會超過20 ma，報警器可能損壞c報警器開始報警【變式探

6、究】溫度傳感器廣泛應用于室內空調、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性工作的如圖2甲所示，電源的電動勢e9.0 v，內阻不計；g為靈敏電流計，內阻rg保持不變;r為熱敏電阻,其電阻值與溫度的變化關系如圖乙所示，閉合開關s，當r的溫度等于20 時，電流表示數i12 ma；電流表的示數i23.6 ma時，熱敏電阻的溫度是_ 。圖2答案120【變式探究】利用負溫度系數熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小,可以用來測量很小范圍內的溫度變化，反應快,而且精確度高(1）如果將負溫度系數熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯成一個電路,其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中

7、電流將變_(選填“大”或“小”)（2）上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度如果刻度盤正中的溫度為20 (如圖3甲所示),則25 的刻度應在20 的刻度的_(選填“左”或“右”）側圖3（3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內檢測大棚內溫度變化，請用圖乙中的器材（可增加元器件)設計一個電路答案(1)小（2）右（3)見解析圖解析（1）因為負溫度系數熱敏電阻溫度降低時,電阻增大，故電路中電流會減小（2）由（1）的分析知，溫度越高，電流越大，25 的刻度應對應較大電流，故在20 的刻度的右側（3）電路如圖所示【舉一反三】如圖4，一熱敏電阻rt放在控溫容器

8、m內；為毫安表，量程6 ma，內阻為數十歐姆；e為直流電源，電動勢約為3 v,內阻很小；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 ?，F要求在降溫過程中測量在9520 之間的多個溫度下rt的阻值圖4(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依照實驗原理電路圖連線調節(jié)控溫容器m內的溫度，使得rt溫度為95 .將電阻箱調到適當的阻值,以保證儀器安全閉合開關調節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數i0,并記錄_將rt的溫度降為t1（20 t195 ）；調節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數_，記錄_溫度為t1時熱敏電阻的電阻值rt

9、1_.逐步降低t1的數值，直至20 為止；在每一溫度下重復步驟.答案（1）見解析圖（2)電阻箱的讀數r0仍為i0電阻箱的讀數為r1r0r1150 (2)依照實驗原理電路圖連線;調節(jié)控溫容器m內的溫度，使得rt溫度為95 ，此時rt阻值為150 ,將電阻箱調到適當的阻值，以保證儀器安全；閉合開關，調節(jié)電阻箱，記錄毫安表的示數i0，并記錄電阻箱的讀數r0，根據歐姆定律有:i0；將rt的溫度降為t1（20 t195 ）；調節(jié)電阻箱，使得毫安表的讀數仍為i0，記錄電阻箱的讀數為r1，根據歐姆定律：i0，則，解得rt1r0r1150 .【變式探究】熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現用伏安法研究熱敏電

10、阻在不同溫度下的伏安特性曲線,要求特性曲線盡可能完整已知常溫下待測熱敏電阻的阻值為4050 。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內有一定量的冷水,其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶（圖中未畫出）、電源（3 v、內阻可忽略)、直流電流表（內阻約1 )、直流電壓表(內阻約5 k）、滑動變阻器（010 ）、開關、導線若干（1）圖5中，a、b、c三條圖線能反映出熱敏電阻的伏安特性曲線的是_圖5(2）在虛線框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能?。?）根據電路圖，在圖6中的實物圖上連線圖6答案(1） c（2）、(3）見解析圖解析(1)隨溫度的升高，熱敏電阻阻值減小，在iu圖線中，任一點的，故在

11、iu圖象中圖線的斜率應變大,可見c正確 (3)實物連線如圖所示高頻考點二光電傳感器的應用例2（多選)如圖7所示為光敏電阻自動計數器的示意圖，圖中虛線表示激光，圓柱體表示隨傳送帶運動的貨物,其中r1為光敏電阻,r2為定值電阻，此光電計數器的基本工作原理是(）圖7a當光照射r1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓b當光照射r1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓c信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數一次d信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數一次答案bd解析激光是照在光敏電阻r1上，信號處理系統(tǒng)與r1并聯,其電壓就是r1上的電壓，當貨物擋光時r1阻值大，電壓高,貨物擋光一次,就計數(貨物的個數)一次,故b、d正確【變式探究

12、】一臺臭氧發(fā)生器p的電阻為10 k，當供電電壓等于24 v時能正常工作，否則不產生臭氧現要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時能產生臭氧，在黑暗時不產生臭氧，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1 000 、允許通過的最大電流為3 ma；電源e的電壓為36 v、內阻不計;另有一個滑動變阻器r2，阻值為0100 、允許通過的最大電流為0。4 a;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8所示圖8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(電路圖畫在虛線框內)答案見解析圖

13、【舉一反三】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關控制照明系統(tǒng)光控開關可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強弱,光越強照度越大，照度單位為lx）某光敏電阻ros在不同照度下的阻值如表所示：照度/lx0.20。40。60。81。01。2電阻/k754028232018（1)根據表中數據，請在圖9給定的坐標系中描繪出光敏電阻阻值隨照度變化的曲線，并說明光敏電阻阻值隨照度變化的特點圖9(2）如圖10所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 v時，控制開關自動啟動照明系統(tǒng),請利用下列器材設計一個簡單電路給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗、照度降低至1。0 l

14、x時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內完成電路原理圖(不考慮控制開關對所設計電路的影響)圖10提供的器材如下：光敏電阻ros(符號，阻值見上面表格)直流電源e(電動勢3 v，內阻不計)；定值電阻:r110 k，r220 k ，r340 k （限選其中之一并在圖中標出)開關s及導線若干答案見解析 （2）因天色漸暗、照度降低至1。0 lx時啟動照明系統(tǒng),此時光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 v，電源電動勢為3 v,故應加上一個分壓電阻,分壓電阻阻值為10 k，即選用r1。此電路的原理圖如圖所示高頻考點三傳感器在實驗中的應用例3。傳感器是把非電學量(如速度、溫度、壓力等）的變化轉換成電學量的變化的一種元件

15、,在自動控制中有著相當廣泛的應用有一種測量人的體重的電子秤，其測量部分的原理圖如圖11中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器r(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)和顯示體重大小的儀表(實質是理想電流表)組成壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1107 pa，且已知壓力傳感器r的電阻與所受壓力的關系如表所示設踏板和壓桿的質量可以忽略不計,接通電源后,壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 v，取g10 m/s2.請作答：圖11壓力f/n02505007501 0001 2501 500電壓r/300270240210180150120(1）該秤零點(即踏板空載時)的刻度線應標在電流表刻度盤_a處（2)如

16、果某人站在該秤踏板上,電流表刻度盤的示數為20 ma，這個人的質量是_kg。答案(1)1。6102（2）50【變式探究】如圖13所示裝置可以用來測量硬彈簧(即勁度系數較大的彈簧）的勁度系數k.電源的電動勢為e,內阻可忽略不計；滑動變阻器全長為l，重力加速度為g。為理想電壓表當木板上沒有放重物時,滑動變阻器的觸頭位于圖中a點，此時電壓表示數為零在木板上放置質量為m的重物，滑動變阻器的觸頭隨木板一起下移由電壓表的示數u及其他給定條件,可計算出彈簧的勁度系數k。圖13(1）寫出m、u與k之間所滿足的關系式(2)已知e1。50 v，l12.0 cm,g取9。80 m/s2.測量結果如下表：m/kg1.

17、001。503。004。506.007.50u/v0.1080。1540.2900。4460.6080.740在圖14中給出的坐標紙上利用表中數據描出mu直線圖14mu直線的斜率為_kg/v(結果保留三位有效數字）;彈簧的勁度系數k_n/m（結果保留三位有效數字)答案(1）mu（2)見解析圖10。01。23103（2）用描點法作圖，作出的圖象如圖所示選取(0，0)、(0.90,9）兩點，則斜率為 kg/v10.0 kg/v。因mu,故，k10。0n/m1.23103 n/m.1美國科學家willard sboyle與george esmith因電荷耦合器件(ccd)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾

18、貝爾物理學獎ccd是將光學量轉變成電學量的傳感器下列器件可作為傳感器的有（)a發(fā)光二極管 b熱敏電阻c霍爾元件 d干電池答案bc2在下列有關電阻應用的說法中,錯誤的是()a熱敏電阻可應用于溫度測控裝置中b光敏電阻是一種光電傳感器c電阻絲可應用于電熱設備中d電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用解析電阻在電路中對直流電和交流電都有阻礙作用，將電能轉換為熱能,故d項錯答案d3如圖2所示，電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃,電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導體層內形成一個低電壓交流電場在觸摸屏幕時,由于人體是導體,手指與內部導體

19、層間會形成一個特殊電容(耦合電容),四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置由以上信息可知（）圖2a電容式觸摸屏的兩極板分別是導體層和手指b當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大c當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小d如果用帶了手套的手觸摸屏幕，照樣能引起觸摸屏動作答案ab4。 如圖3所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關組成的電路中，當閉合開關s后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現小燈泡亮度變化是_，發(fā)生這一現象的主要原因是_(填字母代號）圖3a小燈泡的電阻發(fā)生了變化b小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化c電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化d電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化解析電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，根據閉合電路歐