2019年度高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器实验十二传感器的简单使用学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验十二 传感器的简单使用 一、研究热敏电阻的特性 1.实验原理 闭合电路欧姆定律，用 欧姆 表进行测量和观察 . 2.实验器材 半导体热敏电阻、多用电表、 温度计 、铁架台、烧杯、凉水和热水 . 3.实验步骤 (1)按图 1 连接好电路，将热敏电阻绝缘处理； 图 1 (2)把多用电表置于 欧姆 挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数； (3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下 温度计的示数 和多用电表测量的热敏电阻的阻值； (4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热 敏电阻的阻值，并记录 . 4.数据处理 在

2、图 2 坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线 . 图 2 5.实验结论 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 . 6.注意事项 实验时，加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读【 精品教育资源文库 】 出水温 . 二、研究光敏电阻的光敏特性 1.实验原理 闭合电路欧姆定律，用 欧姆 表进行测量和观察 . 2.实验器材 光敏电阻、多用电表、 小灯泡 、滑动变阻器、导线、电源 . 3.实验步骤 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图 3 所示电路连接好 ，其中多用电表置于“100” 挡； 图 3 (2)先测出在室内自然光

3、的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据； (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录； (4)用手掌 (或黑纸 )遮光时，观察多用电表表盘指针显示光敏电阻阻值的情况，并记录 . 4.数据处理 根据记录数据分析光敏电阻的特性 . 5.实验结论 (1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值 很小 ； (2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为 电阻 这个电学量 . 6.注意事项 (1)实 验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的； (2)欧姆表每次换挡

4、后都要重新进行欧姆调零 . 命题点一 温度传感器的应用 例 1 (2016 全国卷 23) 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 60 时，系统报警 .提供的器材有：热敏电阻，报警器 (内阻很小，流过【 精品教育资源文库 】 的电流超过 Ic时就会报警 )，电阻箱 (最大阻值为 999.9 ) ，直流电源 (输出电压为 U，内阻不计 )，滑动变阻器 R1(最大阻值为 1 000 ) ，滑动变阻器 R2(最大阻值为 2 000 ) ，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 U 约为 18 V， Ic约为 10 mA；流过报警器的电流超过

5、20 mA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 60 时阻值为 650.0 . (1)在图 4 中完成待调节的报警系统原理电路图的连线 . 图 4 (2)电路中应选用滑动变阻器 _(填 “ R1” 或 “ R2”). (3)按照下列步骤调节此报警系统： 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 _ ；滑动变阻器的滑片置于 _(填 “ a” 或 “ b”) 端附近，不能置于另一端的原因是 _. 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

6、常使用 . 答案 (1)见解析图 (2)R2 (3)650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过 20 mA，报警器可能损坏 c 报警器开始报警 解析 (1)先用电阻箱替代热敏电阻，连接成闭合回路进行调试 .电路图连接如图所示 . (2)当电路中电流 Ic 10 mA 时，根据闭合电路欧姆定律有 Ic UR总，解得 R 总 1 800 ，此时热敏电阻的阻值为 650 ，则滑动变阻器的阻值为 1 150 ，所以滑动变阻器选 R2. (3) 当热敏电阻阻值小于 650 时，报警器就会报警，用电阻箱替代热敏电阻进行调节，应把电阻箱的阻值调到 650 . 若接通电源后电路中的电流过大 (超过 2

7、0 mA)，报警器就会损坏，电流越小越安全，所以为了电路安全，闭合开关前滑片应置于 b 端 . 用电阻箱替代热敏电阻进行调试，应将开关向 c 端闭 合，开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警 . 【 精品教育资源文库 】 变式 1 利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，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 _(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

8、敏电阻附近的温度 .如果刻度盘正中的温度为 20 ( 如图 5 甲所示 )，则 25 的刻度应在 20 的 刻度的 _(填 “ 左 ” 或 “ 右 ”) 侧 . 图 5 (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 .(请在图乙中作图 ) 答案 (1)小 (2)右 (3)见解析图 解析 (1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大，故电路中电流变小 . (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)如图所示 . 命题点二 光电传感器的应用 例 2 为了节能和环保，

9、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) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻 (k) 75 40 28 23 20 18 (1)根据表中数据，请在图 6 甲所示的坐标系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)如图乙所示，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【 精品教育资源文库 】 下列器材设计一个简单电路，给 1、

10、 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 .(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： R1 10 k ， R2 20 k ， R3 40 k( 限选其中之一，并在图中标出 )；开关 S及导线若干 . 图 6 答案 见解析 解析 (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示，光敏电阻的阻值随照度的增大而减小 . (2)根据串联电阻的正比分压关系， E 3 V，当照度 降低至 1.0 lx 时， 1、 2 两端电压升至 2

11、V，由图线甲知，此时光敏电阻阻值 RP 20 k ， URP 2 V，串联电阻分压 UR 1 V，由 URPURRPR 2，得 RRP2 10 k ，故选定值电阻 R1，电路原理图如图乙所示 . 命题点三 压力传感器的应用 【 精品教育资源文库 】 例 3 材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为 “ 压阻效应 ” ，利用这种效应可以测量压力大小 .若图 7 甲为某压敏电阻在室温下的电阻 压力特性曲线，其中 RF， R0分别表示有、无压力时压敏电阻的 阻值 .为了测量压力 F，需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值 RF.请按要求完成下列实验 . 图 7 (1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电

12、阻阻值的电路，在图乙的虚线框中画出实验电路原理图 (压敏电阻及所给压力已给出，待测压力大小约为 0.410 2 N 0.810 2 N，不考虑压力对电路其他部分的影响 )，要求误差较小，提供的器材如下： A.压敏电阻，无压力时阻值 R0 6 000 B.滑动变阻器 R，全电阻阻值约 200 C.电流表 A，量程 2.5 mA，内阻约 30 D.电压表 V，量程 3 V，内阻约 3 k E.直流电源 E，电动势 3 V，内阻很小 F.开关 S，导线若干 (2)正确接线后，将压敏电阻置于待测压力下，通过压敏电阻的电流是 1.33 mA，电压表的示数如图丙所示，则电压表的读数为 _ V. (3)此时

13、压敏电阻的阻值为 _ ；结合图甲可知待测压力的大小 F _ N.(计算结果均保留两位有效数字 ) 答案 (1)见解析图 (2)2.00 (3)1.510 3 60 解析 (1)根据题述对实验电路的要求，应该采用分压式接法、电流表内接的电路，原理图如图所示 . 【 精品教育资源文库 】 (2)根据电压表读数规则，电压表读数为 2.00 V. (3)由欧姆定律，此时压敏电阻的阻值为 RF UI RA1.510 3 ， R0RF 4，由题图甲可知，对应的待测压力 F 60 N. 变式 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

14、“ 压阻效应 ”. 现用如图 8 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： 图 8 A.电源 E(电动势 3 V，内 阻约为 1 ) B.电流表 A1(0 0.6 A，内阻 r1 5 ) C.电流表 A2(0 0.6 A，内阻 r21 ) D.开关 S，定值电阻 R0 5 (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 9 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 _.当 F 竖直向下时，可得 Fx与所受压力 F 的数值关系是 Rx _. 【 精品教育资源文库 】 图 9 答案 (1)见解析图 (2) I1r1I2 I1(3)压力反向，阻值不变 17 2F 解析 (1)利用伏安法测