高考物理总复习11.3实验12传感器的简单使用课件PPT

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一、实验目的认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。二、实验原理闭合电路欧姆定律,用欧姆表进行测量和观察。三、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、滑动变阻器、开关、导线等。
四、实验步骤、数据处理及结论1.研究热敏电阻的热敏特性(1)实验步骤①按如图所示连接好实物,将热敏电阻绝缘处理。②将多用电表置于“欧姆”挡,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。
(2)数据处理①根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入表中,分析热敏电阻的特性。②在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。③根据实验数据和R-t图线,得出结论。
2.研究光敏电阻的光敏特性(1)实验步骤①将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图所示的电路连接好,其中多用电表置于“×100”挡。②先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。③接通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。④用手掌(或黑纸)遮住光,观察光敏电阻的阻值,并记录。
(2)数据处理把记录的结果填入表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。
热敏电阻的原理及应用例1(2017·河北保定模拟)某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有:灵敏电流表(待改装),学生电源(电动势为E,内阻不计),滑动变阻器,单刀双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计,PTC热敏电阻Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt=a+kt,a>0,k>0)。设计电路图如图所示,并按如下步骤进行操作。
(1)按电路图连接好实验器材。(2)将滑动变阻器滑片P滑到　　　　(选填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于　　　　(选填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流表　　　　,并在以后的操作中保持滑片P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。 (3)容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5 ℃,就将开关S置于d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式I=　　　　　　　(用题目中给定的符号)。 (4)根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表。根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在　　　　(选填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀?　　　　(选填“是”或“否”)。 
解析:(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法,所以闭合开关前,使它的阻值处于最大值状态,即将滑片P滑到a端。为了设计表盘刻度,应使开关掷于c处,调节滑片,使电流表满偏。
(4)因为Rt=a+kt(且a>0,k>0),所以温度越低,电阻越小,回路中I越大,所以低温度刻度在右侧,由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系,所以刻度线分布不均匀。
光敏电阻的理解及应用例2为了节能和环保,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:
(1)根据表中数据,请在图甲的坐标系中描绘出阻值随光的照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。
甲 乙
(2)在如图乙所示电路中,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。(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 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)开关S及导线若干。
答案:见解析解析:(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图丙所示。特点:光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。
丁(2)当光照度降低至1.0 lx时,光敏电阻阻值为20 kΩ,1、2两端电压为2 V,电源电动势为3 V,所以电路中还要有一个分压电阻,阻值为10 kΩ,即选用R1,电路原理图如图丁所示。
1.(2017·江苏二模)目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏。电容式触摸屏内有一导电层。导电层四个角引出四个电极,当手指触摸屏幕时,人体和触摸屏就形成了一个电容,电容具有“通高频”的作用,从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置信息。在开机状态下,下列说法正确的是(　　)A.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变B.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象C.当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过D.当手指离开屏幕时,电容变小,对高频电流的阻碍变大,控制器不易检测到手指的准确位置
2.(2017·北京海滨模拟)某种角速度计,其结构如图所示。当整个装置绕轴OO'转动时,元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k、自然长度为l,电源的电动势为E、内阻不计,滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端,当系统以角速度ω转动时,则(　　)A.电路中电流随角速度的增大而增大B.电路中电流随角速度的增大而减小
3.(2016·北京卷)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。右图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力　　　　(选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更　　　　　　(选填“敏感”或“不敏感”)。 
4.(2016·全国卷Ⅰ)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,流过的电流超过Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),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 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω),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 Ω。
(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:①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　　　 Ω;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　 　。 ②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。
答案:(1)连线如图所示。(2)R2(3)①650.0　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　②c　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。电路图连接如答案所示。(2)当电路中电流Ic=10 mA时,根据闭合电路欧姆定律有Ic= ,解得R总=1 800 Ω,此时热敏电阻的阻值为650 Ω,则滑动变阻器的阻值为1 150 Ω,所以滑动变阻器选R2。(3)①当热敏电阻阻值小于650 Ω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 Ω。若接通电源后电路中的电流过大(超过20 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。②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。
5.(2017·江苏卷)某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图甲所示,继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控。继电器的电阻约20 Ω,热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。
(1)提供的实验器材有:电源E1(3 V,内阻不计)、电源E2(6 V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0~200 Ω)、滑动变阻器R2(0~500 Ω)、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱(0~999.9 Ω)、开关S、导线若干。为使该装置实现对30~80 ℃之间任一温度的控制,电源E应选用　　　　(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用　　　　(选填“R1”或“R2”)。 
甲 乙
(2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图乙所示的选择开关旋至　　　　(选填“A”“B”“C”或“D”)。 (3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查。在图甲中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时指针　　　　　　(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针　　　　　　(选填“偏转”或“不偏转”)。 (4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是　　　　　　(填写各步骤前的序号)。 ①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关,将电阻箱从电路中移除④合上开关,调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 Ω
答案:(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转　(4)⑤④②③①解析:(1)当温度控制在30 ℃,衔铁被吸合时,Rt两端的电压约为Ut=IRt=0.015×200 V=3 V,继电器两端的电压U'=IR'=0.015×20 V=0.3 V,故需电源电动势大于3 V,选E2。当温度控制在80 ℃时,电路中的总电阻R总= =400 Ω,远大于热敏电阻、继电器以及滑动变阻器R1的电阻的总和,故滑动变阻器选R2。(2)A挡位测量电阻值,B挡位测量交流电压,C挡位测量直流电压,D挡位测量电流值,故为测量各接入点的电压,应将开关旋至C挡。
(3)若bc间断路,ab只与电源正极相连通,ab间无电压,如图故多用电表指针不偏转。若bc间断路,a点与电源正极相连通,c点与电源负极相连通,a、c两点间的电压为电源电动势。如图故多用电表指针偏转。
(4)要想保证温度控制在50 ℃,由题目表中可得Rt=108.1 Ω,因此我们要用电阻箱代替热敏电阻,把电阻箱电阻调整到108.1 Ω,闭合电路调节滑动变阻器,让继电器吸合(即让电路中的电流为15 mA),再将电阻箱移除,将热敏电阻接入电路,完成实验。