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新课标2019版高考物理一轮复*实验12传感器的简单使用课件_

发布时间:

实验12 传感器的简单使用

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一、实验目的 1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件。 2.了解传感器的简单使用。 二、实验原理 1.传感器能够将感受到的物理量(力、温度、光、声等)转换成便 于测量的量(一般是电学量)。 2.工作过程
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。

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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在没 有热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。

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(2)数据处理 ①根据记录数据,把测量到的温度、电阻值填入下表中,分析热 敏电阻的特性。 次数 温度/℃ 电阻/Ω ②在如图所示坐标系中,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: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。

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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。

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(2)数据处理 把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。

光照强度







无光照射

阻值/Ω

结论:光敏电阻被光照射时阻值发生变化,光照增强电阻变小,光 照减弱电阻变大。
五、注意事项 1.在做热敏电阻实验时,加开水后要等一会儿再测其阻值,以使电 阻温度与水的温度相同,并同时读出水温。 2.在做光敏电阻实验时,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入 带盖的纸盒中,并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光的多少。 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零。

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考点一 考点二

热敏电阻的原理及应用

例1温度传感器广泛应用于家用电器中,它是利用热敏电阻的阻

值随温度变化的特性来工作的。如图甲为某装置中的传感器工作

原理图,已知电源的电动势E=9.0 V,内阻不计;G为灵敏电流表,其内

阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其阻值随温度的变化关系如图乙所示。 闭合开关S,当R的温度等于20 ℃时,电流表示数I1=2 mA,则当电流 表的示数I2=3.6 mA时,热敏电阻的温度是( )
关闭

由题图乙知,温度为20℃时,R的阻值R1=4 kΩ。由欧姆定律可得

E=I1(R1+Rg),E=I2(R2+Rg),两式联立,解得R2=2 kΩ,通过题图乙查得此时温

度为120 ℃,D正确。

关闭

D

A.60 ℃ B.80 ℃ C.100 ℃D.120 ℃

解析 答案

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考点一 考点二
例2由对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT,在给定温 度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的。某同学将RT和两个适 当的固定电阻R1、R2连成图甲虚线框内所示的电路,以使该电路的 等效电阻RL的阻值随RT所处环境温度的变化*似为线性的,且具有 合适的阻值范围。为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温 度下RL的阻值,测量电路如图甲所示,图中电压表内阻很大。RL的 测量结果如表所示。


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考点一 考点二

温度 t/℃ 阻值 RL/Ω

30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 54.3 51.5 48.3 44.7 41.4 37.9 34.7

回答下列问题: (1)根据图甲所示的电路,在图乙所示的实物图上连线。



考点一 考点二

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(2)在图丙坐标纸上作RL-t关系图线。



考点一 考点二

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(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图丁所示。

电流表的读数为

,电压表的读数为

。此时等

效电阻RL的阻值为





;热敏电阻所处环境的温度约



考点一 考点二

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解析: (1)根据电路图连接实物图,如图所示。

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考点一 考点二
(2)根据数据在坐标纸上描点,作出直线。

(3)电流表读数I=115 mA,电压表读数U=5.00 V。

RL=

=

5.00 115×10-3

Ω

≈43.5

Ω

,对照RL-t关系图线找出相应温度约为

64.0 ℃。

答案: (1)见解析图甲 (2)见解析图乙

(3)115 mA 5.00 V 43.5 Ω 64.0 ℃

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考点一 考点二
光敏电阻的理解及应用 例3(多选)如图为利用光敏电阻自动计数的示意图,图中虚线表示 激光,圆柱体表示随传送带运动的货物,其中R1为光敏电阻,R2为定 值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( )

关闭

当光照射R1时,其阻值减小,电路中电流增大,电源内阻和R2两端的电压增

大,AR.1当两光端照的电射压R1减时小,信,信号号处处理理系系统获得得低高电电压压;当货物挡住光源时获得

高电B.当压,光所照以B射DR正1时确,。信号处理系统获得低电压

关闭

BDC.信号处理系统每获一次低电压就计数一次

D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次

解析 答案

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考点一 考点二
例4(多选)如图所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻, 当入射光强度增大时 ( )

关闭

当入射光强度增大时,R3阻值减小,外电路总电阻随R3的减小而减小,流过

R1的电流增大,R1两端电压增大,电压表的示数增大,同时由于内电压增大,

故路A.端电电压压表减的小示,A数项增正大确、D项错误;由路端电压减小和R1两端电压增大

知,BR.2R两2中端电压流必减减小小,则R2中电流减小,故B项正确;由于干路电流增大和

流过C.R小2的灯电泡流的减功小率可增知大,流过小灯泡的电流增大,则小灯泡的功率增大,故

C项D正.电确路。的路端电压增大

关闭

ABC

解析 答案

考点一 考点二

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例5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:

照度/lx 0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

电阻/kΩ 75

40

28

23

20

18

考点一 考点二

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(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。



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考点一 考点二
(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)


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考点一 考点二

关闭

(1)光提敏供电的器阻材的如阻下值随: 光照度变化的曲线如图 a 所示。特点:光敏电

阻的光阻敏值电随阻光RP照(符度号的增大非,阻线值性见减上小表。) 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。

图a

图b

(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 关闭 1见0解kΩ析,即选用 R1,电路原理图如图 b 所示。

解析 答案

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1

2

3

4

1.(2017·甘肃嘉峪关模拟)右图是磁报警装置中的一部分电路示意

图,其中电源电动势为E,内阻为r,R1、R2是定值电阻,RB是磁敏传感 器,它的电阻是在磁场中减小,c、d接报警器。电路闭合后,当传感

器RB所在处出现磁体时,则电流表的电流I,c、d两端的电压U将

()

A.I变大,U变小

B.I变小,U变大

C.I变大,U变大

D.I变小,U变小

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解析 由题意知,当传感器RB所在处出现磁体时,RB减小,RB、R2并联 的电阻减小,外电路总电阻减小,根据闭合电路欧姆定律得知,干路 电流I干增大,路端电压减小,R1电压增大,故c、d两端电压U变小,通 过R2的电流减小,故A正确,B、C、D错误。
答案 A

1

2

3

4

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2.(2016·全国理综乙)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

2

3

4

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(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

(选填“R1”或“R2”)。

1

2

3

4

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(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

(选填“a”或

“b”)端附*,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



(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。

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1

2

3

4

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= 总 ,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。

1

2

3

4

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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

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1

2

3

4

3.(2016·河南洛阳一模)某同学要探究一质地均匀圆柱形的热敏电

阻的电阻率随温度变化的规律,其部分步骤如下:

(1)用20分度的游标卡尺测量其长度如图甲所示,可知其长度为

mm。

(2)用螺旋测微器测量其直径如图乙,可知其直径为 mm。

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1

2

3

4

(3)该同学利用以下实验器材设计实验探究热敏电阻阻值随温度的

变化规律:

A.热敏电阻(常温下约300 Ω )

B.温度计

C.电流表A1(60 mA,约10 Ω ) D.电流表A2(3 A,约0.1 Ω ) E.电压表V(6 V,约15 kΩ )

F.滑动变阻器R1(200 Ω ,0.5 A) G.滑动变阻器R2(5 Ω ,2 A) H.蓄电池(9 V,0.05 Ω )

I.开关一个,带夹的导线若干

①实验要求通过热敏电阻的电流从零开始增加,电流表应选



,滑动变阻器选择



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1

2

3

4

②为精确测量该热敏电阻,请在图丙中完成实验器材连接。

关闭

(1)根据游标卡尺测量读数规则可知,圆柱形的热敏电阻的长度 L=52

mm+6×0.05 mm=52.30 mm。

关闭

((21))根52据.30螺旋(2测)4.微30器0 测(量3)①读C数规G则可知,圆柱形的热敏电阻的直径

D②=如4 图mm+0.300 mm=4.300 mm。

(3)热敏电阻中电流大约为 I==30 mA,因此电流表选择量程为 60


mA 的电流表 A1。由于热敏电阻阻值小,采用电流表外接电路。由

于需要测量多组数据,因此滑动变丙阻器采用分压接法,滑动变阻器采

用最大阻值为 5 Ω 的滑动变阻器 R2。电路连接如答案图所示。

解析 答案

1

2

3

4

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4.(2016·东北四市模拟)用下列器材测量电容器的电容: 一块多用电表,一台直流稳压电源,一个待测电容器(额定电压16 V), 定值电阻R1(阻值未知),定值电阻R2=150 Ω ,电流传感器、数据采 集器和计算机,单刀双掷开关S,导线若干。 实验过程如下:

1

2

3

4

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实验 次数

实验步骤

①用多用电表的“×10”挡测量电阻 R1,指针偏转如图甲所示

第1 次

②将电阻 R1 等器材按照图乙正确连接电路,将开关 S 与 1 端连接,电源向电容器充电

③将开关 S 掷向 2 端,测得电流随时间变化的 i-t 曲线如图

丙中的实线 a 所示

第 2 ④用电阻 R2 替换 R1,重复上述实验步骤②③,测得电流随时 次 间变化的 i-t 图线如图丁中的某条虚线所示

说明:两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同

1

2

3

4

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1

2

3

4

请完成下列问题:

(1)由图甲可知,电阻R1的测量值为

Ω。

(2)第1次实验中,电阻R1两端的最大电压U=

V。利用计算 关闭

(机1)用软多件用测电得表i-t曲的线“×和10两”挡坐测标量轴电所阻围R的1,指面针积指为在42刻.3 度mA“1·s0,”已,其知测电量容值器

R放1=电10时×1其0内Ω 阻=1可00以Ω忽。略不计,则电容器的电容为C=

F。

((23))由第题2次图实可验知中最,大 电电流流随时im=间0变.09化A的,根i-据t曲U线m应=i该mR是1,计图算丁得中出的最虚大线电压

为(选9填V“。i-bt”曲“c线”或和“两d”坐),判标断轴依所围 据的 是面积表。示电容器的电荷量 Q=42.3

mA·s,由电容器电容的定义式 C=可得,C=4.7×10-3 F。

(3)第 2 次实验中,电流随时间变化的 i-t 曲线应该是图丁中的虚线 c。

判(1)断10依0 Ω据是(,根2)9据Vim=4.7m×,因10第-3 F2

次实验的最大电流小些,故不是

关闭
b,根

据(3)Qc m=两C次Um放,因电两电条荷曲量线相分等别,图与形坐与标t轴轴所围围成成的的面面积积相相等等,另,故由不于是 d,

所R2以>R正1,开确关答掷案向是 2c。瞬间的放电电流较小

解析 答案




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