2011届物理一轮复习课件：10.3 实验：传感器的简单使用

次数
待测量
温度(℃) 电阻(Ω)
(6)在图10-3-2坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变 化的图线。 (7)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。
图10-3-2
2.研究光敏电阻的光敏特性。 (1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如 图10-3-3所示电路连接好，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)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之 逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录； 图10-3-3 (4)用手掌(或黑纸)遮光时电阻值又是多少？并记录； (5)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。
【答案】当天亮时，光线照射光敏电阻A。其阻值迅速减小，控制回路电流 增大，继电器B工作，吸住衔铁使触点断开，路灯熄灭。当夜晚降临，光线变暗， 光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯 点亮。
热点二
传感器的应用
【例2】如图10-3-9所示为某种电子秤的原理示 意图，AB为一均匀的滑动电阻器，阻值为 R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动 头。P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保 持水平状态而上下自由滑动。弹簧处于原长 时，P1刚好指着A端。P1与托盘固定相连， 若P1、P2间出现电压时，该电压经过放大， 通过信号转换后在显示屏上可显示物体重 图10-3-9 力的大小，已知弹簧的劲度系数为k，托盘 自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计， 当地的重力加速度为g，求： (1)托盘尚未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1； (2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2； (3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，试推想校准零点的方法？ 校准零点后，将物 体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间电 压U之间的函数关系式。
。
(3)①因电源电压不够而输出电压调不到零；② 待测物体质量超出转换器量程。
某同学为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比 于受压面的压力(比例系数为k)，如图10-3-10所示。测量时先调节输入端的电压， 使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体 的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电 压表、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干，待测物体(可置于力电转换 器的受压面上)。 请完成对该物体质量的测量。 (1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范 围尽可能大，在图10-3-11的方框中画出完整的测量电路图。 (2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。 (3)请设想实验中可能会出现的一个问题。
可解得：
kL m U gE
R L
Lk
。
【名师支招】本题背景内容新颖、形式灵活，这是现今高考的趋势之一。有的 同学因读不透材料、得不到相关的信息而坠入云里雾中。题目意在考查学生对所学 知识的理解能力、对实际问题的分析和判断能力、对图象信息的提取和加工能力。
演 稿
示 1
文
2 3 等 后
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热点一 光敏电阻的应用
【例1】［2009年高考山东理综卷］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) 电阻(kΩ) 0.2 75 0.4 40 0.6 28 0.8 23 1.0 20 1.2 18
m0U 【答案】(1)设计的电路图如图所示。 U0 m
图10-3-10
(2)测量步骤与结果： ①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零； ②将砝码放在转换器上，记下输出电压U0； ③将待测物放在转换器上，记下输出电压0
测得U=kmg，所以
m0 g
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系(图10-3-4)中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说 明阻值随照度 变化的特点。 (2)如图10-3-5所示，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) 提供的器材如下： 图10-3-5 图10-3-4 光敏电阻RP(符号 ，阻值见上表)； 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。
光照强度 阻值(Ω) 弱 中 强 无光照射
结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强，电阻变小，光强减 弱，电阻变大。 五、注意事项 1.烧杯中加水改变温度时，要等待温度稳定后再测热敏电阻的阻值。并同时 读取温度值。 2.欧姆表每次换挡后都要重新调零。 3.调节灯泡亮度时，注意不要超过其额定电压。
四、实验步骤 1.研究热敏电阻的热敏特性。 (1)按图10-3-1所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理。 (2)把多用电表置于“欧姆挡”，并选择适当的量程测出烧杯中 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 图10-3-1 值，并记录； (5)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。
即
2 32 20 R
R=10 kΩ
即与RP串联的电阻应选R1=10 kΩ。
光敏电阻在各种自动化装置中有很多 应用，比如用于街道路灯的自动控制。 图10-3-8为模拟电路，其中A为光敏电 阻，B为电磁继电器，C为照明电路， D为路灯，请连成正确的电路，达到 日出灯熄，日落灯亮的效果。
图10-3-8
一、实验目的 1.了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性。 2.能够简单使用传感器。 二、实验原理 传感器是将它感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一 般是电学量)。其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一 定规律转换成便于利用的信号。例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换 成电信号，热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号， 转换后的信号经过电子电路的处理就可以达到方便检测、自动控制、遥控等各种 目的了。 三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、烧杯、温度计、热水、多用电表、小灯泡、学生电源、 开关、滑动变阻器、铁架台、导线若干。
【解析】(1)弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，在托盘自身重力作 用下(托盘自身质量为m0)，P1离A的距离为x1，由力学平衡知识得： m0 g m0g=kx1，所以x1= ； k ( m0 m ) g (2)由受力分析可知：m0g+mg=kx2得:x2= ； k (3)其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间电 压为零。 当托盘上放有质量为m的物体时，P1离P2的距离为 mg x2 -x1= 。 k 滑动变阻器与电源组成的电路中电流恒定，电源内阻不计，由闭合 E 电路欧姆定律可知，I= 。 R E R Emg P1、P2间电压U=IR12= ( x2 x1 ) ，
【解析】(1)光敏电阻随光照度变化的曲线如图10-3-6所示，其特点 是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。
图10-3-6
图10-3-7
(2)当光照度降至1.0(lx)时，光敏电阻的阻值为RP=20 kΩ，设计原理 图如图10-3-7所示。根据欧姆定律与串联电阻的分压
U 12 E U 12 Rp R