第十章第3課時(shí)

1、第3課時(shí)傳感器的原理及應(yīng)用考綱解讀 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(shí)驗(yàn)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(jì)方案基本實(shí)驗(yàn)要求基本實(shí)驗(yàn)要求研究熱敏電阻的特性1實(shí)驗(yàn)原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進(jìn)行測量和觀察2實(shí)驗(yàn)器材半導(dǎo)體熱敏電阻、多用電表、溫度計(jì)、燒杯、涼水和熱水3實(shí)驗(yàn)步驟(1)按實(shí)驗(yàn)原理圖連接好電路，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(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)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(jì)的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值；

2、(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(shí)驗(yàn)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)讀出水溫研究光敏電阻的光敏特性1實(shí)驗(yàn)原理閉合電路歐姆定律，用歐姆表進(jìn)行測量和觀察2實(shí)驗(yàn)器材光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、導(dǎo)線3實(shí)驗(yàn)步驟(1)將光敏電阻、多用電表、燈泡、滑動變阻器如實(shí)驗(yàn)原理圖所示電路連接好，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)據(jù)；(3

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(shí)，觀察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(shí)驗(yàn)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(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量6注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康模?2)歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零.考點(diǎn)一溫度傳感器的應(yīng)用例1如圖2所示，圖甲為熱敏電阻的rt圖象，圖乙為用此熱敏電阻r和繼電器組成的一個(gè)簡單

4、恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100 .當(dāng)線圈的電流大于或等于20 ma時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合為繼電器線圈供電的電池的電動勢e9.0 v，內(nèi)阻不計(jì)圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源 圖2(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在_(填“a、b端”或“c、d端”)(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50，可變電阻r的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為_.解析恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在a、b端當(dāng)線圈中的電流較小時(shí)，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻r的阻值變小，則線圈中的電流變大，當(dāng)線圈的電流大于或等于20 ma時(shí)，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停

5、止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻r的阻值變大，則線圈中的電流變小，當(dāng)線圈的電流小于20 ma時(shí)，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50°c，即50°c時(shí)線圈內(nèi)的電流為20 ma.由閉合電路歐姆定律i，r為繼電器的電阻由題圖甲可知，50°c時(shí)熱敏電阻的阻值為90 ，所以r(rr)260 .答案(1)a、b端(2)260考點(diǎn)二光電傳感器的應(yīng)用例2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(

6、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下表所示：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(k)754028232018(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請?jiān)趫D3給定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點(diǎn)圖3圖4(2)如圖4所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 v時(shí)，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)，請利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)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 lx時(shí)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(jì)電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻ros(符號，阻值見上表)直流電源e(電動勢

7、3 v，內(nèi)阻不計(jì))；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)線若干解析(1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線，得到如圖所示的變化曲線由圖可知阻值隨照度變化的特點(diǎn)：光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大非線性減小(2)因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時(shí)啟動照明系統(tǒng)，此時(shí)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(gè)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答案見解析考點(diǎn)三力電傳感器的實(shí)際應(yīng)用例3某學(xué)生為了測量一個(gè)物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)

8、，如圖5所示，測量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓u.圖5請完成對該物體質(zhì)量的測量：(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在虛線框中畫出完整的測量電路圖(2)簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m.解析力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個(gè)全新的儀器，但它與其他所有的測量儀器一樣，要有一個(gè)“調(diào)零”的過程仔細(xì)審題，題目中有很多重要的暗示，挖掘這些信息即是我們解決問題的關(guān)鍵“測量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比

9、的輸出電壓u”“該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)”，所以輸出電壓ukmg.題目要求“力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大”，這就暗示我們滑動變阻器必須使用分壓式，有了設(shè)計(jì)電路才可以進(jìn)行測量步驟(1)設(shè)計(jì)電路如圖所示(2)測量步驟如下：調(diào)節(jié)滑動變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零；將質(zhì)量為m0的砝碼放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓u0；將待測物體放在轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下輸出電壓u1；因?yàn)閡0km0g、u1kmg，所以可求m.答案見解析1關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是()a非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量轉(zhuǎn)換元件b電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件非電學(xué)

10、量c非電學(xué)量敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量d非電學(xué)量轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換元件敏感元件電學(xué)量答案c解析傳感器工作的一般流程為：非電學(xué)量被敏感元件感知，然后通過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，再通過轉(zhuǎn)換電路將此信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的電學(xué)量，因此a、b、d錯，c對2.如圖6所示為光敏電阻自動計(jì)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(jì)數(shù)器的基本工作原理是()圖6a當(dāng)光照射r1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓b當(dāng)光照射r1時(shí)，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓c信號處理系統(tǒng)每獲一次低電壓就計(jì)數(shù)一次d信號處理系統(tǒng)每獲一次高電壓就計(jì)數(shù)一次答案bd解析激光是照在光敏電阻r1上

11、，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(shí)r1阻值大，電壓高，貨物擋光一次，就計(jì)數(shù)(貨物的個(gè)數(shù))一次，故b、d正確3(2013·江蘇·4)在輸液時(shí)，藥液有時(shí)會從針口流出體外，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一種報(bào)警裝置，電路如圖7所示m是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時(shí)其電阻rm發(fā)生變化，導(dǎo)致s兩端電壓u增大，裝置發(fā)出警報(bào)，此時(shí)()arm變大，且r越大，u增大越明顯brm變大，且r越小，u增大越明顯crm變小，且r越大，u增大越明顯drm變小，且r越小，u增大越明顯答案c解析由題意知，s兩端的電壓增大，則電路中的電流增大，接觸藥液的傳感器的電阻變小，則a、b選項(xiàng)是錯

12、誤的；將s看做外電路，其余看做等效電源，根據(jù)ueir可判斷，同樣的變化電流，則內(nèi)阻越大電壓變化越大，因此答案為c.4如圖8所示，r1、r2為定值電阻，l為小燈泡，r3為光敏電阻，當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)()圖8a電壓表的示數(shù)增大br2中電流減小c小燈泡的功率增大d電路的路端電壓增大答案abc解析當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí)，r3阻值減小，外電路總電阻隨r3的減小而減小，r1兩端電壓因干路電流增大而增大，電壓表的示數(shù)增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，a項(xiàng)正確，d項(xiàng)錯誤；由路端電壓減小，r1兩端電壓增大知，r2兩端電壓必減小，則r2中電流減小，故b項(xiàng)正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡

13、的功率增大，故c項(xiàng)正確5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9甲所示，電源的電動勢e9.0 v，內(nèi)電阻不計(jì)；g為靈敏電流計(jì)，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°c時(shí)，電流表示數(shù)i12 ma時(shí)，當(dāng)電流表的示數(shù)i23.6 ma時(shí)，熱敏電阻的溫度是_°c.圖9答案120解析從題圖乙查得t20°c時(shí)，r的阻值為4 k由ei1(rrg)得rgr k4 k0.5 k當(dāng)i23.6 ma時(shí)，設(shè)熱敏電阻的阻值為r，則rrg k0.5 k2 k從題圖乙查得此時(shí)對

14、應(yīng)的溫度t2120°c.6一些材料的電阻隨溫度的升高而變化如圖10甲是由某金屬材料制成的電阻r隨攝氏溫度t變化的圖象，若用該電阻與電池(電動勢e1.5 v，內(nèi)阻不計(jì))、電流表(量程為5 ma，內(nèi)阻不計(jì))、電阻箱r串聯(lián)起來，連接成如圖乙所示的電路，用該電阻做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個(gè)簡單的“金屬電阻溫度計(jì)”圖10(1)電流刻度較大處對應(yīng)的溫度刻度_；(選填“較大”或“較小”)(2)若電阻箱阻值r150 ，當(dāng)電流為5 ma時(shí)對應(yīng)的溫度數(shù)值為_°c.答案(1)較小(2)50解析(1)由題圖甲可知，溫度升高，電阻阻值增大，電路中電流減小，因此電流刻

15、度較大處對應(yīng)的溫度刻度較小(2)電流為5 ma時(shí)，電路總電阻為300 ，電阻箱阻值r150 ，則r150 ，由題圖甲得對應(yīng)的溫度為50°c.7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(gè)電路，其他因素不變，只要熱敏電阻所處區(qū)域的溫度降低，電路中電流將變_(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°c(如圖11甲所示)，則25°c的刻度應(yīng)在20&

16、#176;c的刻度的_(填“左”或“右”)側(cè)甲乙圖11(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(jì)一個(gè)電路答案(1)小(2)右(3)見解析圖解析(1)因?yàn)樨?fù)溫度系數(shù)熱敏電阻溫度降低時(shí)，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°c的刻度應(yīng)對應(yīng)較大電流，故在20°c的刻度的右側(cè)(3)電路如圖所示 8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阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求該特性曲線盡可能完整已知常溫下待測熱敏電阻的阻值約4 5 .將熱敏電阻和溫度計(jì)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(020 )、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)