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适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第12章交变电流传感器实验探究课14实验一探究变压器原副线圈电压与匝数的关系实验二利用传感器制作简单的自动控制装置课件
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这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第12章交变电流传感器实验探究课14实验一探究变压器原副线圈电压与匝数的关系实验二利用传感器制作简单的自动控制装置课件，共28页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础固本增分，研考点精准突破等内容，欢迎下载使用。
实验(一)探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系一、实验目的探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。二、实验思路 若铁芯不漏磁,则原、副线圈磁通量时刻相同1.变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈就存在输出电压。 互感原理 2.本实验通过与副线圈相连接的多用电表,观察原线圈电压变化时,副线圈的输出电压的变化;通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。3.用控制变量法研究。
三、实验器材可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈),多用电表,低压交流电源等。 电压不高于12 V四、注意事项(1)为了人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12 V。(2)为了多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程试测。
易错辨析·判一判(1)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中,要事先推测副线圈两端电压的可能值。( √ )(2)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中,为了人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12 V,即使这样,通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。( √ )(3)为了多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡测试,大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。( √ )(4)在改变学生电源、线圈匝数前没必要先断开开关再进行操作。( × )
实验(二)利用传感器制作简单的自动控制装置一、实验目的1.知道干簧管、光敏电阻、三极管、二极管、电磁继电器的功能。2.会利用传感器制作简单的自动控制装置。了解门窗防盗报警装置,会组装门窗防盗报警装置。了解光控开关电路及控制原理,会组装光控开关。二、实验器材实验一:干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、小磁体、导线若干、开关、电阻。实验二:发光二极管、三极管、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸。
三、实验思路(一)门窗防盗报警装置1.电路如图所示。
被磁化成异名磁极 有电流通过时,线圈有磁性2.原理:闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通,发光二极管LED发光,显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁断开,继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用,继电器则相当于一个自动的双向开关。
(二)光控开关1.电路如图所示。2.工作原理:当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作。当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管。
四、进行实验(一)门窗防盗报警装置(1)连接电路前,要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管,观察簧片能否正常工作。(2)确定各元件可以正常工作后,按照电路图连接电路。(3)接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。(二)光控开关(1)按照相应电路图连接电路,检查无误后,接通电源。(2)让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射,调节电阻R1使发光二极管LED刚好不发光。(3)遮挡RG,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管LED发光。(4)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光二极管LED熄灭。
易错辨析·判一判(5)实验中,对实验器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装。( √ )(6)光控开关实验中,二极管连入电路的极性不能反接。( √ )(7)如果实验现象不明显,可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进行观察。( √ )
教材原型实验典例1.(1)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中,下列器材在实验中不必用到的有 。(多选,填正确答案标号) A.干电池B.低压交流电源C.滑动变阻器D.交流电表(2)若在实验中用匝数N1=400和N2=800的变压器,对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据,下列说法正确的是 。 A.N1一定是原线圈B.N2一定是原线圈C.N1可能是原线圈D.N2可能是副线圈答案 (1)AC (2)B
解析 (1)探究变压器的电压与匝数的关系要用低压交流电源和交流电表,所以不需要干电池和滑动变阻器,故选A、C。(2)表格中每组数据都可以看出匝数之比近似等于电压之比,但有一定的能量损失,故N2一定是原线圈,故选B。
实验的改进与创新典例2.某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验。他准备了可拆变压器、低压交流电源、多用电表、开关和导线若干。(1)该同学认真检查电路无误后,先保证原线圈匝数不变,改变副线圈匝数;再保证副线圈匝数不变,改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈电压值。由于交变电流电压是变化的,所以,我们实际上测量的是电压的 (选填“有效”或“最大”)值。 (2)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 (选填“正比”或“反比”),实验中由于变压器的铜损和铁损,导致原线圈与副线圈的电压之比一般 (选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
(3)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别。原因不可能为 。 A.原、副线圈上通过的电流发热B.铁芯在交变磁场作用下发热C.变压器铁芯漏磁D.原线圈输入电压发生变化答案 (1)有效(2)正比 大于(3)D
教材原型实验传感器问题一般有两大类问题:一是通过实验探究传感器特性,比如研究某元件的光敏特性或热敏特性或磁敏特性等;二是用传感器控制电路。不管哪类问题,明确考查角度,搞清其工作原理是求解问题的关键。对于用传感器控制电路问题,要结合题目提供的信息,认真分析传感器所在的电路结构,并注意以下两个方面:(1)确定传感器所感受到的物理量(如力、热、光、声、磁等);(2)经转换电路转换成电学量信号,最后借助于转换电路把电学量信号转换成便于处理显示、记录或控制的量。
典例3.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120 ℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻(该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,在120 ℃时阻值为700.0Ω);报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警,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);电阻箱(最大阻值为999.9Ω);直流电源(输出电压U约为18 V,内阻不计);滑动变阻器R1(最大阻值为1 000Ω);滑动变阻器R2(最大阻值为2 000Ω);单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节,调节的报警系统原理电路图如图所示。(1)电路中应选用滑动变阻器 (选填“R1”或“R2”)。 (2)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 (选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。
②将开关向 (选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。 ③滑动变阻器滑片的位置 (选填“不变”“向左滑动”或“向右滑动”),将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。 (3)若要将此系统改为光敏电阻控制的报警系统,要求当光敏电阻的光照达到或超过某一特定值时,系统报警,且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650Ω,则需将上述电路中的 换成光敏电阻,并将电阻箱的阻值调到 Ω,然后重复上述操作即可。答案 (1)R2 (2)①700.0 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 ③不变 (3)热敏电阻 650
解析 (1)电压为18 V,而报警时的电流为10 mA;此时电阻约为R= Ω =1 800Ω;而热敏电阻的阻值约为700Ω,故滑动变阻器接入电阻约为1 100Ω,故应选择R2。(2)①因要求热敏电阻达到120 ℃时报警,此时电阻为700Ω,故应将电阻箱调节至700Ω,然后由最大阻值开始调节滑动变阻器,直至报警器报警,故开始时滑片应在b端,目的是避免接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏;②将开关接到c端与电阻箱连接,调节滑动变阻器直至报警器开始报警即可,然后再接入热敏电阻,电路即可正常工作;③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。(3)需将上述电路中的热敏电阻换成光敏电阻,并将电阻箱的阻值调到650Ω,然后重复上述操作即可。
实验的改进与创新典例4.(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 (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。
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,请在图乙中用图中的器材(可增加元器件)设计一个电路。
(2)图丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定,内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光逐渐增强,测得流过电阻的电流和光强的关系图线如图丁所示,试根据这一特性,在图戊中用笔画线连接给定的器材设计一个自动光控电路。
答案 (1)①小 ②右 ③如图所示 (2)见解析
实验(一)探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系一、实验目的探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。二、实验思路 若铁芯不漏磁,则原、副线圈磁通量时刻相同1.变压器是由原线圈、副线圈和铁芯组成的。电流通过原线圈时在铁芯中产生磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也不断变化,变化的磁场在副线圈中产生感应电动势,副线圈就存在输出电压。 互感原理 2.本实验通过与副线圈相连接的多用电表,观察原线圈电压变化时,副线圈的输出电压的变化;通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。3.用控制变量法研究。
三、实验器材可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈),多用电表,低压交流电源等。 电压不高于12 V四、注意事项(1)为了人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12 V。(2)为了多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程试测。
易错辨析·判一判(1)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中,要事先推测副线圈两端电压的可能值。( √ )(2)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验中,为了人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12 V,即使这样,通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱。( √ )(3)为了多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡测试,大致确定电压后再选择适当的挡位进行测量。( √ )(4)在改变学生电源、线圈匝数前没必要先断开开关再进行操作。( × )
实验(二)利用传感器制作简单的自动控制装置一、实验目的1.知道干簧管、光敏电阻、三极管、二极管、电磁继电器的功能。2.会利用传感器制作简单的自动控制装置。了解门窗防盗报警装置,会组装门窗防盗报警装置。了解光控开关电路及控制原理,会组装光控开关。二、实验器材实验一:干簧管、继电器、发光二极管LED、蜂鸣器H、电源、小磁体、导线若干、开关、电阻。实验二:发光二极管、三极管、可调电阻R1、限流电阻R2、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、导线若干、黑纸。
三、实验思路(一)门窗防盗报警装置1.电路如图所示。
被磁化成异名磁极 有电流通过时,线圈有磁性2.原理:闭合电路开关S,系统处于防盗状态。当门窗紧闭时,磁体M靠近干簧管SA,干簧管两个簧片被磁化相吸而接通继电器线圈K,使继电器工作。继电器的动触点c与常开触点a接通,发光二极管LED发光,显示电路处于正常工作状态。当门窗开启时,磁体离开干簧管,干簧管失磁断开,继电器被断电。继电器的动触点c与常闭触点b接通,蜂鸣器H发声报警。干簧管在电路中起传感器和控制开关的作用,继电器则相当于一个自动的双向开关。
(二)光控开关1.电路如图所示。2.工作原理:当环境光比较强时,光敏电阻RG的阻值很小,三极管不导通,发光二极管所在的回路相当于断路,即发光二极管不工作。当环境光比较弱时,光敏电阻RG的阻值变大,三极管导通,且获得足够的基极电流,产生较大的集电极电流,点亮发光二极管。
四、进行实验(一)门窗防盗报警装置(1)连接电路前,要先判断一下干簧管是否可以正常工作。用磁体直接靠近干簧管,观察簧片能否正常工作。(2)确定各元件可以正常工作后,按照电路图连接电路。(3)接通电源后,将磁体靠近和离开干簧管,分别观察实验现象。(二)光控开关(1)按照相应电路图连接电路,检查无误后,接通电源。(2)让光敏电阻RG受到白天较强的自然光照射,调节电阻R1使发光二极管LED刚好不发光。(3)遮挡RG,当光照减弱到某种程度时,就会看到发光二极管LED发光。(4)让光照加强,当光照强到某种程度时,则发光二极管LED熄灭。
易错辨析·判一判(5)实验中,对实验器材进行测试,确保各元件性能良好后,再进行安装。( √ )(6)光控开关实验中,二极管连入电路的极性不能反接。( √ )(7)如果实验现象不明显,可用手电筒加强光照,或遮盖光敏电阻,再进行观察。( √ )
教材原型实验典例1.(1)在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中,下列器材在实验中不必用到的有 。(多选,填正确答案标号) A.干电池B.低压交流电源C.滑动变阻器D.交流电表(2)若在实验中用匝数N1=400和N2=800的变压器,对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据,下列说法正确的是 。 A.N1一定是原线圈B.N2一定是原线圈C.N1可能是原线圈D.N2可能是副线圈答案 (1)AC (2)B
解析 (1)探究变压器的电压与匝数的关系要用低压交流电源和交流电表,所以不需要干电池和滑动变阻器,故选A、C。(2)表格中每组数据都可以看出匝数之比近似等于电压之比,但有一定的能量损失,故N2一定是原线圈,故选B。
实验的改进与创新典例2.某同学在实验室进行探究变压器原、副线圈电压与匝数关系的实验。他准备了可拆变压器、低压交流电源、多用电表、开关和导线若干。(1)该同学认真检查电路无误后,先保证原线圈匝数不变,改变副线圈匝数;再保证副线圈匝数不变,改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈电压值。由于交变电流电压是变化的,所以,我们实际上测量的是电压的 (选填“有效”或“最大”)值。 (2)理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成 (选填“正比”或“反比”),实验中由于变压器的铜损和铁损,导致原线圈与副线圈的电压之比一般 (选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈与副线圈的匝数之比。
(3)实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别。原因不可能为 。 A.原、副线圈上通过的电流发热B.铁芯在交变磁场作用下发热C.变压器铁芯漏磁D.原线圈输入电压发生变化答案 (1)有效(2)正比 大于(3)D
教材原型实验传感器问题一般有两大类问题:一是通过实验探究传感器特性,比如研究某元件的光敏特性或热敏特性或磁敏特性等;二是用传感器控制电路。不管哪类问题,明确考查角度,搞清其工作原理是求解问题的关键。对于用传感器控制电路问题,要结合题目提供的信息,认真分析传感器所在的电路结构,并注意以下两个方面:(1)确定传感器所感受到的物理量(如力、热、光、声、磁等);(2)经转换电路转换成电学量信号,最后借助于转换电路把电学量信号转换成便于处理显示、记录或控制的量。
典例3.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120 ℃时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻(该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,在120 ℃时阻值为700.0Ω);报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警,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);电阻箱(最大阻值为999.9Ω);直流电源(输出电压U约为18 V,内阻不计);滑动变阻器R1(最大阻值为1 000Ω);滑动变阻器R2(最大阻值为2 000Ω);单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节,调节的报警系统原理电路图如图所示。(1)电路中应选用滑动变阻器 (选填“R1”或“R2”)。 (2)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 (选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。
②将开关向 (选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。 ③滑动变阻器滑片的位置 (选填“不变”“向左滑动”或“向右滑动”),将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。 (3)若要将此系统改为光敏电阻控制的报警系统,要求当光敏电阻的光照达到或超过某一特定值时,系统报警,且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650Ω,则需将上述电路中的 换成光敏电阻,并将电阻箱的阻值调到 Ω,然后重复上述操作即可。答案 (1)R2 (2)①700.0 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 ③不变 (3)热敏电阻 650
解析 (1)电压为18 V,而报警时的电流为10 mA;此时电阻约为R= Ω =1 800Ω;而热敏电阻的阻值约为700Ω,故滑动变阻器接入电阻约为1 100Ω,故应选择R2。(2)①因要求热敏电阻达到120 ℃时报警,此时电阻为700Ω,故应将电阻箱调节至700Ω,然后由最大阻值开始调节滑动变阻器,直至报警器报警,故开始时滑片应在b端,目的是避免接通电源后,流过报警器的电流会超过20 mA,报警器可能损坏;②将开关接到c端与电阻箱连接,调节滑动变阻器直至报警器开始报警即可,然后再接入热敏电阻,电路即可正常工作;③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。(3)需将上述电路中的热敏电阻换成光敏电阻,并将电阻箱的阻值调到650Ω,然后重复上述操作即可。
实验的改进与创新典例4.(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 (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。
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,请在图乙中用图中的器材(可增加元器件)设计一个电路。
(2)图丙为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定,内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光逐渐增强,测得流过电阻的电流和光强的关系图线如图丁所示,试根据这一特性,在图戊中用笔画线连接给定的器材设计一个自动光控电路。
答案 (1)①小 ②右 ③如图所示 (2)见解析
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