2018年高考物理 實驗十一 傳感器的簡單使用教學(xué)案

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精實驗十一 傳感器的簡單使用1.知道什么是傳感器，知道光敏電阻和熱敏電阻的作用.2。能夠通過實驗探究光敏電阻和熱敏電阻的特性。3.了解常見的各種傳感器的工作原理、元件特性及設(shè)計方案 一、研究熱敏電阻的特性1實驗原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進(jìn)行測量和觀察2實驗器材半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計、鐵架臺、燒杯、涼水和熱水3實驗步驟(1)按實驗原理圖甲連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理；（2)把多用電表置于歐姆擋，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值,并記下溫度計的示數(shù)；(3)向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中，記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻

2、的阻值；（4）將熱水分幾次注入燒杯中，測出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄4數(shù)據(jù)處理在圖1坐標(biāo)系中,粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線圖15實驗結(jié)論熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大6注意事項實驗時，加熱水后要等一會兒再測其阻值，以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫二、研究光敏電阻的光敏特性1實驗原理閉合電路歐姆定律,用歐姆表進(jìn)行測量和觀察2實驗器材光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線、電源3實驗步驟（1）將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器如實驗原理圖乙所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋；(2）先測出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值,并記錄數(shù)

3、據(jù);(3）打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄(4）用手掌（或黑紙)遮光時，觀察多用電表表盤指針顯示電阻阻值的情況,并記錄4數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性5實驗結(jié)論（1）光敏電阻在暗環(huán)境下電阻值很大，強(qiáng)光照射下電阻值很小(2)光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量6注意事項（1)實驗中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少來達(dá)到實驗?zāi)康模?2)歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零高頻考點一溫度傳感器的應(yīng)用例1(2016全國乙卷23)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報

4、警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻,報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過ic時就會報警），電阻箱(最大阻值為999.9 )，直流電源（輸出電壓為u,內(nèi)阻不計）,滑動變阻器r1(最大阻值為1 000 )，滑動變阻器r2（最大阻值為2 000 )，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知u約為18 v，ic約為10 ma;流過報警器的電流超過20 ma時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 時阻值為650。0 。(1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線.（2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器_(填“r1”或“r2）.(3）按照

5、下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng):電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為_；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于_(填“a或“b)端附近,不能置于另一端的原因是_。將開關(guān)向_（填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至_。（4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合 ，報警系統(tǒng)即可正常使用。解析：(1)電路圖連接如圖。（2)報警器開始報警時,對整個回路有uic（r滑r熱）代入數(shù)據(jù)可得r滑1 150。0 ，因此滑動變阻器應(yīng)選擇r2。答案：(1)連線如解析圖所示(2)r2（3)650。0b接通電源后,流過報警器的電流會超過20 ma，報警器可能損壞c報警器開始報警【變式探

6、究】溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性工作的如圖2甲所示，電源的電動勢e9.0 v，內(nèi)阻不計；g為靈敏電流計，內(nèi)阻rg保持不變;r為熱敏電阻,其電阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示，閉合開關(guān)s，當(dāng)r的溫度等于20 時，電流表示數(shù)i12 ma；電流表的示數(shù)i23.6 ma時，熱敏電阻的溫度是_ 。圖2答案120【變式探究】利用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻制作的熱傳感器，一般體積很小,可以用來測量很小范圍內(nèi)的溫度變化，反應(yīng)快,而且精確度高(1）如果將負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻與電源、電流表和其他元件串聯(lián)成一個電路,其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中

7、電流將變_(選填“大”或“小”)（2）上述電路中，我們將電流表中的電流刻度換成相應(yīng)的溫度刻度，就能直接顯示出熱敏電阻附近的溫度如果刻度盤正中的溫度為20 (如圖3甲所示),則25 的刻度應(yīng)在20 的刻度的_(選填“左”或“右”）側(cè)圖3（3)為了將熱敏電阻放置在某蔬菜大棚內(nèi)檢測大棚內(nèi)溫度變化，請用圖乙中的器材（可增加元器件)設(shè)計一個電路答案(1)?。?）右（3)見解析圖解析（1）因為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時,電阻增大，故電路中電流會減小（2）由（1）的分析知，溫度越高，電流越大，25 的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20 的刻度的右側(cè)（3）電路如圖所示【舉一反三】如圖4，一熱敏電阻rt放在控溫容器

8、m內(nèi)；為毫安表，量程6 ma，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；e為直流電源，電動勢約為3 v,內(nèi)阻很小；r為電阻箱，最大阻值為999。9 ;s為開關(guān)已知rt在95 時的阻值為150 ，在20 時的阻值約為550 ?，F(xiàn)要求在降溫過程中測量在9520 之間的多個溫度下rt的阻值圖4(1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖（2）完成下列實驗步驟中的填空依照實驗原理電路圖連線調(diào)節(jié)控溫容器m內(nèi)的溫度，使得rt溫度為95 .將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)淖柚?以保證儀器安全閉合開關(guān)調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)i0,并記錄_將rt的溫度降為t1（20 t195 ）；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)_，記錄_溫度為t1時熱敏電阻的電阻值rt

9、1_.逐步降低t1的數(shù)值，直至20 為止；在每一溫度下重復(fù)步驟.答案（1）見解析圖（2)電阻箱的讀數(shù)r0仍為i0電阻箱的讀數(shù)為r1r0r1150 (2)依照實驗原理電路圖連線;調(diào)節(jié)控溫容器m內(nèi)的溫度，使得rt溫度為95 ，此時rt阻值為150 ,將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)淖柚担员ＷC儀器安全；閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄毫安表的示數(shù)i0，并記錄電阻箱的讀數(shù)r0，根據(jù)歐姆定律有:i0；將rt的溫度降為t1（20 t195 ）；調(diào)節(jié)電阻箱，使得毫安表的讀數(shù)仍為i0，記錄電阻箱的讀數(shù)為r1，根據(jù)歐姆定律：i0，則，解得rt1r0r1150 .【變式探究】熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究熱敏電

10、阻在不同溫度下的伏安特性曲線,要求特性曲線盡可能完整已知常溫下待測熱敏電阻的阻值為4050 。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水,其他備用的儀表和器具有：盛有熱水的熱水瓶（圖中未畫出）、電源（3 v、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表（內(nèi)阻約1 )、直流電壓表(內(nèi)阻約5 k）、滑動變阻器（010 ）、開關(guān)、導(dǎo)線若干（1）圖5中，a、b、c三條圖線能反映出熱敏電阻的伏安特性曲線的是_圖5(2）在虛線框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小（3）根據(jù)電路圖，在圖6中的實物圖上連線圖6答案(1） c（2）、(3）見解析圖解析(1)隨溫度的升高，熱敏電阻阻值減小，在iu圖線中，任一點的，故在

11、iu圖象中圖線的斜率應(yīng)變大,可見c正確 (3)實物連線如圖所示高頻考點二光電傳感器的應(yīng)用例2（多選)如圖7所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，圖中虛線表示激光，圓柱體表示隨傳送帶運(yùn)動的貨物,其中r1為光敏電阻,r2為定值電阻，此光電計數(shù)器的基本工作原理是(）圖7a當(dāng)光照射r1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓b當(dāng)光照射r1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓c信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次d信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次答案bd解析激光是照在光敏電阻r1上，信號處理系統(tǒng)與r1并聯(lián),其電壓就是r1上的電壓，當(dāng)貨物擋光時r1阻值大，電壓高,貨物擋光一次,就計數(shù)(貨物的個數(shù))一次,故b、d正確【變式探究

12、】一臺臭氧發(fā)生器p的電阻為10 k，當(dāng)供電電壓等于24 v時能正常工作，否則不產(chǎn)生臭氧現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置，要求它在有光照時能產(chǎn)生臭氧，在黑暗時不產(chǎn)生臭氧，擬用一個光敏電阻r1對它進(jìn)行控制,r1的阻值在有光照時為100 ，黑暗時為1 000 、允許通過的最大電流為3 ma；電源e的電壓為36 v、內(nèi)阻不計;另有一個滑動變阻器r2，阻值為0100 、允許通過的最大電流為0。4 a;一個開關(guān)s和導(dǎo)線若干臭氧發(fā)生器p和光敏電阻r1的符號如圖8所示圖8設(shè)計一個滿足上述要求的電路圖，圖中各元件要標(biāo)上字母代號，其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標(biāo)上字母a、b(電路圖畫在虛線框內(nèi))答案見解析圖

13、【舉一反三】為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件（照度可以反映光的強(qiáng)弱,光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx）某光敏電阻ros在不同照度下的阻值如表所示：照度/lx0.20。40。60。81。01。2電阻/k754028232018（1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在圖9給定的坐標(biāo)系中描繪出光敏電阻阻值隨照度變化的曲線，并說明光敏電阻阻值隨照度變化的特點圖9(2）如圖10所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 v時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng),請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗、照度降低至1。0 l

14、x時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響)圖10提供的器材如下：光敏電阻ros(符號，阻值見上面表格)直流電源e(電動勢3 v，內(nèi)阻不計)；定值電阻:r110 k，r220 k ，r340 k （限選其中之一并在圖中標(biāo)出)開關(guān)s及導(dǎo)線若干答案見解析 （2）因天色漸暗、照度降低至1。0 lx時啟動照明系統(tǒng),此時光敏電阻阻值為20 k，兩端電壓為2 v，電源電動勢為3 v,故應(yīng)加上一個分壓電阻,分壓電阻阻值為10 k，即選用r1。此電路的原理圖如圖所示高頻考點三傳感器在實驗中的應(yīng)用例3。傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件

15、,在自動控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用有一種測量人的體重的電子秤，其測量部分的原理圖如圖11中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器r(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)和顯示體重大小的儀表(實質(zhì)是理想電流表)組成壓力傳感器表面能承受的最大壓強(qiáng)為1107 pa，且已知壓力傳感器r的電阻與所受壓力的關(guān)系如表所示設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計,接通電源后,壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 v，取g10 m/s2.請作答：圖11壓力f/n02505007501 0001 2501 500電壓r/300270240210180150120(1）該秤零點(即踏板空載時)的刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤_a處（2)如

16、果某人站在該秤踏板上,電流表刻度盤的示數(shù)為20 ma，這個人的質(zhì)量是_kg。答案(1)1。6102（2）50【變式探究】如圖13所示裝置可以用來測量硬彈簧(即勁度系數(shù)較大的彈簧）的勁度系數(shù)k.電源的電動勢為e,內(nèi)阻可忽略不計；滑動變阻器全長為l，重力加速度為g。為理想電壓表當(dāng)木板上沒有放重物時,滑動變阻器的觸頭位于圖中a點，此時電壓表示數(shù)為零在木板上放置質(zhì)量為m的重物，滑動變阻器的觸頭隨木板一起下移由電壓表的示數(shù)u及其他給定條件,可計算出彈簧的勁度系數(shù)k。圖13(1）寫出m、u與k之間所滿足的關(guān)系式(2)已知e1。50 v，l12.0 cm,g取9。80 m/s2.測量結(jié)果如下表：m/kg1.

17、001。503。004。506.007.50u/v0.1080。1540.2900。4460.6080.740在圖14中給出的坐標(biāo)紙上利用表中數(shù)據(jù)描出mu直線圖14mu直線的斜率為_kg/v(結(jié)果保留三位有效數(shù)字）;彈簧的勁度系數(shù)k_n/m（結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案(1）mu（2)見解析圖10。01。23103（2）用描點法作圖，作出的圖象如圖所示選取(0，0)、(0.90,9）兩點，則斜率為 kg/v10.0 kg/v。因mu,故，k10。0n/m1.23103 n/m.1美國科學(xué)家willard sboyle與george esmith因電荷耦合器件(ccd)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾

18、貝爾物理學(xué)獎ccd是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器下列器件可作為傳感器的有（)a發(fā)光二極管 b熱敏電阻c霍爾元件 d干電池答案bc2在下列有關(guān)電阻應(yīng)用的說法中,錯誤的是()a熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測控裝置中b光敏電阻是一種光電傳感器c電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中d電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用解析電阻在電路中對直流電和交流電都有阻礙作用，將電能轉(zhuǎn)換為熱能,故d項錯答案d3如圖2所示，電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃,電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個低電壓交流電場在觸摸屏幕時,由于人體是導(dǎo)體,手指與內(nèi)部導(dǎo)體

19、層間會形成一個特殊電容(耦合電容),四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點的位置由以上信息可知（）圖2a電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指b當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大c當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小d如果用帶了手套的手觸摸屏幕，照樣能引起觸摸屏動作答案ab4。 如圖3所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)s后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化是_，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是_(填字母代號）圖3a小燈泡的電阻發(fā)生了變化b小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化c電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化d電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化解析電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，根據(jù)閉合電路歐