通用版2021版高考物理大一轮复习第11章交变电流传感器实验12传感器的简单使用教学.doc
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1、实验十二传感器的简单使用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接,多用电表置于“100”挡。先测出在室内自然光
2、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。 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。题组训练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,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中
3、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)右(3)见解析2如图所示,一热敏电阻RT放在控温容
4、器M内;为毫安表,量程为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
5、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)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大,因此电阻箱应与热敏电阻串联,电路图如图所示。(2)本实验原理是电路对应不同状态时,通过调节电阻箱,使电路中的电流相等,外电路的总电阻相等。RT的温度为95 和降为T1时对应的电路的电阻相等,有150 R0RT1R1,即RT1R0R1150 。答案(1)见解析图(2)d.电阻箱的读数R0e仍为I0电阻箱的读数R1fR0R1150 3(2016全国卷)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
6、供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过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)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“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
7、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_。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。解析(1)电路图连接如图。(2)报警器开始报警时,对整个回路有UIC(R滑R热)代入数据可得R滑1 150.0 ,因此滑动变阻器应选择R2。(3)在调节过程中,电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用,电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值,即为650.0 。滑动变阻器在电路中为限流接法,滑片应置于b端附近,若置于另一端a时,闭合开关,则电路
8、中的电流IA27.7 mA,超过报警器最大电流20 mA,报警器可能损坏。开关应先向c端闭合,移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警为止。答案(1)连线如解析图所示。(2)R2(3)650.0b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 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。题组训练1(2019郑州模拟)电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度,将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上,光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示:光强E/cd12345电阻
9、值/18963.6“光强”是表示光强弱程度的物理量,符号为E,单位坎德拉(cd)(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为_。(2)其原理是光照增强,光敏电阻Rx阻值变小,施加于玻璃两端的电压降低,玻璃透明度下降,反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变,R0是定值电阻,则下列电路图中符合要求的是_(填序号)。ABCD解析(1)由表格数据可知,光敏电阻Rx与光强E的乘积均为1.8 cd不变,则当E4 cd时,光敏电阻的阻值:Rx4.5 。(2)由题意可知,光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接,光照增强时,光敏电阻Rx阻值减小,电路中的总电阻减小,由I可知,电路中的电流增大,由UIR可知
10、,R0两端的电压增大,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以Rx两端的电压减小,反之,光照减弱时,光敏电阻Rx阻值增大,R0两端的电压减小,Rx两端的电压增大,则玻璃并联在R0两端时不符合,玻璃并联在Rx两端时符合,故A项错误,C项正确;若玻璃与电源并联,光照变化时,玻璃两端的电压不变,故B、D项错误。答案(1)4.5(2)C2为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系,某同学用如图甲所示的电路进行实验,得出两种UI图线,如图乙所示。甲乙(1)根据UI图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为_ ,强光照射时电阻为_ 。(2)若实验中所用电压表的内阻约为5 k,毫安表的内阻约为
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