高中物理一輪復習課件：實驗：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

1、實驗：利用傳感器制作簡單的自動控制裝置一、實驗目的1認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件。2學會利用傳感器制作簡單的自動控制裝置。二、實驗原理1傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學量)。2工作過程三、實驗器材熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學生電源、繼電器、滑動變阻器、開關、導線等。實驗(一)研究熱敏電阻的熱敏特性1實驗步驟(1)按如圖所示連接好電路，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?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

2、冷水中，記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值。(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。2數(shù)據(jù)處理(1)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測量到的溫度、電阻值填入表中，分析熱敏電阻的特性。(2)在坐標系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t圖線，得出結(jié)論。3注意事項在做本實驗時，加開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。實驗(二)研究光敏電阻的光敏特性1實驗步驟(1)將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、學生電源按如圖所示電路連接好，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

3、，并記錄數(shù)據(jù)。(3)打開電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)滑動變阻器使小燈泡逐漸變亮，觀察表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況，并記錄。(4)用手掌(或黑紙)遮光時，觀察表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況，并記錄。2數(shù)據(jù)處理根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。3注意事項本實驗中，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。一、基礎考法保住分考查點(一)溫度傳感器1(2021年8省聯(lián)考湖北卷)由半導體材料制成的熱敏電阻阻值是溫度的函數(shù)?；跓崦綦娮鑼囟让舾性碇谱饕粋€火災報警系統(tǒng)，要求熱敏電阻溫度升高至50 時，系統(tǒng)開始自動報警。所用器材有：直流電源E(36 V，內(nèi)阻

4、不計)；電流表(量程 250 mA，內(nèi)阻約0.1 )；電壓表(量程50 V，內(nèi)阻約 1 M)；熱敏電阻RT；報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過10 mA時就會報警，超過30 mA時就會損傷)；滑動變阻器R1(最大阻值4 000 )；電阻箱R2(最大阻值9 999.9 )；單刀單擲開關S1；單刀雙擲開關S2；導線若干。(1)用圖(a)所示電路測量熱敏電阻R1的阻值，當溫度為27 時，電壓表讀數(shù)為30.0 V，電流表讀數(shù)為 15.0 mA；當溫度為50 時，調(diào)節(jié)R1，使電壓表讀數(shù)仍為30.0 V，電流表指針位置如圖(b)所示。溫度為50 時，熱敏電阻的阻值為_，從實驗原理上看，該方法測得的阻值比真實

5、值略微_(填“偏大”或“偏小”)。如果熱敏電阻阻值隨溫度升高而變大，則其為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之為負溫度系數(shù)熱敏電阻。基于以上實驗數(shù)據(jù)可知，該熱敏電阻RT為_(填“正”或“負”)溫度系數(shù)熱敏電阻。(2)某同學搭建一套基于該熱敏電阻的火災報警系統(tǒng)，實物圖連線如圖(c)所示，其中有一個器件的導線連接有誤，該器件為_(填器件名稱)。正確連接后，先使用電阻箱R2進行調(diào)試，其阻值設置為_，滑動變阻器R1阻值從最大逐漸減小，直至報警器開始報警，此時滑動變阻器R1連入電路的阻值為_。調(diào)試完畢后，再利用單刀雙擲開關S2的選擇性開關功能，把熱敏電阻RT接入電路，可方便實現(xiàn)調(diào)試系統(tǒng)和工作系統(tǒng)的切換?？疾辄c(二)

6、光電傳感器2為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所用光控開關控制照明系統(tǒng)，光控開關可用光敏電阻控制，如圖甲所示是某光敏電阻阻值隨光的照度變化曲線，照度可以反映光的強弱，光越強照度越大，照度單位為：勒克斯(lx)。(1)如圖乙所示，電源電動勢為3 V，內(nèi)阻不計，當控制開關兩端電壓上升至2 V時控制開關自動啟動照明系統(tǒng)。要求當天色漸暗照度降至1.0(lx)時控制開關接通照明系統(tǒng)，則R1_k。(2)某同學為了測量光敏電阻在不同照度下的阻值，設計了如圖丙所示的電路進行測量，電源(E3 V，內(nèi)阻未知)，電阻箱(099 999 )。實驗時將電阻箱阻值置于最大，閉合S1，將S2與1相連，減小電阻箱阻值，使靈敏電流計的

7、示數(shù)為I，圖丁為實驗時電阻箱的阻值，其讀數(shù)為_ k；然后將S2與2相連，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值如圖戊所示，此時電流表的示數(shù)恰好為I，則光敏電阻的阻值為_ k(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。答案：(1)10(2)62.540.0二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實驗目的的創(chuàng)新1(2022湖北武漢模擬)用如圖a所示的電路測量鉑熱敏電阻的阻值與溫度的關系。(1)開關閉合前，滑動變阻器的滑片應移至_(選填“A”或“B”)端。(2)實驗測得不同溫度下的阻值，并繪得如圖b的Rt-t關系圖線，根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的Rt-t關系式：Rt_()。(3)鉑的電阻對溫度變化很靈敏，可以制成電阻溫度計。請利用開關、導線、鉑熱敏電

8、阻、圖a中某一電表和圖c所示的恒流源(調(diào)節(jié)旋鈕時可以選擇不同的輸出電流，且輸出電流不隨外部條件的變化而變化)，設計一個簡易電阻溫度計并在圖d的虛線框內(nèi)畫出電路原理圖。(4)結(jié)合圖b的關系圖線，選擇恒流源的輸出電流為0.15 A，當選用的電表達到滿偏時，電阻溫度計所測溫度為_。如果要提高該溫度計所能測量的最高溫度值，請?zhí)岢鲆环N可行的方法：_。創(chuàng)新點分析(1)利用恒流電源對設計電路供電。(2)設計熱敏電阻溫度計電路。 答案：(1)B(2)50t(3)見解析圖(4)50將恒流源的輸出電流調(diào)小創(chuàng)新角度(二)實驗原理的創(chuàng)新2現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 時，系

9、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 )，單刀雙擲開關一個，導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調(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)電路中應選用滑動變阻器_(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：電路接通前，需將電阻箱調(diào)

10、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置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_。將開關向_(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，將開關向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。創(chuàng)新點分析(1)利用熱敏電阻來控制電路，使之成為溫度報警系統(tǒng)，在設置報警溫度時，借助于電阻箱進行電阻設置，使之達到報警的溫度進行報警。(2)可以設計成可調(diào)溫度的報警器。 解析：(1)電路圖連接如圖所示。答案：(1)見解析圖(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報警器開始報警創(chuàng)

11、新角度(三)實驗器材的創(chuàng)新3如圖甲所示是蔬菜采購商用來稱重的電子吊秤，其中實現(xiàn)稱重的關鍵元件是拉力傳感器。其工作原理是：掛鉤上掛上重物，傳感器中拉力敏感電阻絲在拉力作用下發(fā)生形變，拉力敏感電阻絲的電阻也隨著發(fā)生變化，再經(jīng)過相應的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或電流)的變化，從而完成將物體重量信號變換為電信號的過程。(1)簡述拉力敏感電阻絲的阻值隨拉力變化的原因_。(2)小明找到一根拉力敏感電阻絲RL，其阻值隨拉力變化的圖像如圖乙所示，再按圖丙所示電路制作了一個簡易“吊秤”。電路中電源電動勢E約為15 V，內(nèi)阻約為2 ；靈敏毫安表量程為10 mA，內(nèi)阻約為5 ；R是電阻箱，最大阻值是9

12、 999 ；RL接在A、B兩接線柱上，通過光滑絕緣滑環(huán)可將重物吊起，接通電路完成下列操作。a滑環(huán)下不吊重物時，調(diào)節(jié)電阻箱，當電流表為某一合適示數(shù)I時，讀出電阻箱的讀數(shù)R1；b滑環(huán)下吊上待測重物，測出電阻絲與豎直方向的夾角為；c調(diào)節(jié)電阻箱，使_，讀出此時電阻箱的讀數(shù)R2；d算得圖乙直線的斜率k和截距b，則待測重物的重力G的表達式為G_(用以上測得的物理量表示)，測得53(sin 530.8，cos 530.6)，R1、R2分別為1 052 和1 030 ，結(jié)合乙圖信息，可得待測重物的重力G_N(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。(3)針對小明的設計方案，為了提高測量重量的精度，你認為下列措施可行的是_。A將毫安表換成量程不同，內(nèi)阻更小的毫安表B將毫安表換成量程為10 A的微安表C將電阻箱換成精度更高的電阻箱D適當增大A、B接線柱之間的距離創(chuàng)新點分析(1)傳感器為拉力敏感電阻絲。(2)將待測重物的重量轉(zhuǎn)化為便于測量的毫安表的示數(shù)。 創(chuàng)新角度(四)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新4材料的電阻隨壓力的變化而變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應”，利用這種效應可以測量壓力大小。若圖甲為某壓敏電阻在室溫下的電阻壓力特性曲線，其中RF、R0分別表示有、無壓力時壓敏電阻的阻值。為了測量壓力F，需先測量壓敏電阻處于壓力中的電阻值RF。請按要求完成下列實驗。(1)設計一個可以測量處于壓力中的該壓敏電阻阻值的電路，在圖乙的虛線框中畫出實驗電