高三物理復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)11：傳感器的簡(jiǎn)單使用 新人教

實(shí)驗(yàn)11：傳感器的簡(jiǎn)單使用

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解傳感器的工作過(guò)程，探究敏感元件的特性。2.能夠簡(jiǎn)單使用傳感器。二、實(shí)驗(yàn)原理傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)。其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào)。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)電子電路的處理就可以達(dá)到方便檢測(cè)、自動(dòng)控制、遙控等各種目的了。三、實(shí)驗(yàn)器材熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計(jì)、熱水、多用電表、小燈泡、學(xué)生電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線若干。.四、實(shí)驗(yàn)步驟1.研究熱敏電阻的熱敏特性。(1)按圖10-3-1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(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中沒(méi)有熱水時(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(méi)在冷水中，記下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值；(4)將熱水分幾次注入燒杯中，測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻值，并記錄；(5)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性。(6)在圖10-3-2坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。(7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R-t圖線，得出結(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。圖10-3-1圖10-3-2次數(shù)待測(cè)量溫度(℃)電阻(Ω).2.研究光敏電阻的光敏特性。(1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖10-3-3所示電路連接好，其中多用電表置于“×100”擋；(2)先測(cè)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)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)電阻值又是多少？并記錄；(5)把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。

結(jié)論：光敏電阻的阻值被光照射時(shí)發(fā)生變化，光照增強(qiáng)，電阻變小，光強(qiáng)減弱，電阻變大。五、注意事項(xiàng)1.燒杯中加水改變溫度時(shí)，要等待溫度穩(wěn)定后再測(cè)熱敏電阻的阻值。并同時(shí)讀取溫度值。2.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。3.調(diào)節(jié)燈泡亮度時(shí)，注意不要超過(guò)其額定電壓。圖10-3-3光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無(wú)光照射阻值(Ω).【例1】［2009年高考山東理綜卷］為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)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(lái)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Rp在不同照度下的阻值如下表：

(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系(圖10-3-4)中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)。(2)如圖10-3-5所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)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(dòng)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(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響)提供的器材如下：光敏電阻RP(符號(hào)，阻值見(jiàn)上表)；直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì))；定值電阻：R1=10kΩ，R2=20kΩ，R3=40kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)開關(guān)S及導(dǎo)線若干。熱點(diǎn)一光敏電阻的應(yīng)用照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018圖10-3-5圖10-3-4.

【解析】(1)光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖10-3-6所示，其特點(diǎn)是：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。

(2)當(dāng)光照度降至1.0(lx)時(shí)，光敏電阻的阻值為RP=20kΩ，設(shè)計(jì)原理圖如圖10-3-7所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓即R=10kΩ即與RP串聯(lián)的電阻應(yīng)選R1=10kΩ。圖10-3-6圖10-3-7.

1光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，比如用于街道路燈的自動(dòng)控制。圖10-3-8為模擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請(qǐng)連成正確的電路，達(dá)到日出燈熄，日落燈亮的效果。

【答案】當(dāng)天亮?xí)r，光線照射光敏電阻A。其阻值迅速減小，控制回路電流增大，繼電器B工作，吸住銜鐵使觸點(diǎn)斷開，路燈熄滅。當(dāng)夜晚降臨，光線變暗，光敏電阻A的阻值增大，控制回路電流減小，彈簧將銜鐵拉起，觸點(diǎn)接通，路燈點(diǎn)亮。圖10-3-8.【例2】如圖10-3-9所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑動(dòng)電阻器，阻值為R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭。P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)。彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，P1剛好指著A端。P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過(guò)放大，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上可顯示物體重力的大小，已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，求：(1)托盤尚未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1；(2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離A的距離x2；(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，試推想校準(zhǔn)零點(diǎn)的方法？校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物體m放在托盤上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式。熱點(diǎn)二傳感器的應(yīng)用圖10-3-9.【解析】(1)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，P1剛好指著A端，在托盤自身重力作用下(托盤自身質(zhì)量為m0)，P1離A的距離為x1，由力學(xué)平衡知識(shí)得：m0g=kx1，所以x1=；(2)由受力分析可知：m0g+mg=kx2得:x2=；(3)其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間電壓為零。當(dāng)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離P2的距離為

x2-x1=。滑動(dòng)變阻器與電源組成的電路中電流恒定，電源內(nèi)阻不計(jì)，由閉合電路歐姆定律可知，I=。

P1、P2間電壓U=IR12=，

可解得：?！久麕熤д小勘绢}背景內(nèi)容新穎、形式靈活，這是現(xiàn)今高考的趨勢(shì)之一。有的同學(xué)因讀不透材料、得不到相關(guān)的信息而墜入云里霧中。題目意在考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解能力、對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析和判斷能力、對(duì)圖象信息的提取和加工能力。.

2某同學(xué)為了測(cè)量一物體的質(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)，如圖10-3-10所示。測(cè)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(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)，開關(guān)及導(dǎo)線若干，待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)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)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在圖10-3-11的方框中畫出完整的測(cè)量電路圖。(2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m。(3)請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題。

【答案】(1)設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示。(2)測(cè)量步驟與結(jié)果：①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零；②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0；③將待測(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U；由U0=km0g，得測(cè)得U=kmg，所以。(3)①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零；②待測(cè)物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。圖10-3-10圖10-3-11..9、靜夜四無(wú)鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/202312:43:50PM11、以我獨(dú)沈久，愧君相見(jiàn)頻。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、乍見(jiàn)翻疑夢(mèng)，相悲各問(wèn)年。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/101/10/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國(guó)見(jiàn)青山。。10一月20232023/1/102023/1/102023/1/1015、比不了得就不比，得不到的就不要。。。一月232023/1/102023/1/102023/1/101/10/202316、行動(dòng)出成果，工作出財(cái)富。。2023/1/102023/1/1010January202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時(shí)，你只能或者最好沿著以腳為起點(diǎn)的射線向前。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/109、沒(méi)有失敗，只有暫時(shí)停止成功！。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒(méi)有。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/202312:43:50PM11、成功就是日復(fù)一日那一點(diǎn)點(diǎn)小小努力的積累。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、世間成事，不求其絕對(duì)圓滿，留一份不足，可得無(wú)限完美。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/101/10/202314、意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。10一月20232023/1/102023/1/102023/1/1015、楚塞三湘接，荊門九派通。。。一月232023/1/102023/1/102023/1/101/10/202316、少年十五二十時(shí)，步行奪得胡馬騎。。2023/1/102023/1/1010January202317、空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/109、楊柳散和風(fēng)，青山澹吾慮。。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、閱讀一切好書如同和過(guò)去最杰出的人談話。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/202312:43:50PM11、越是沒(méi)有本領(lǐng)的就越加自命不凡。2023