高中物理专题-实验十一：传感器的简单应用

传感器在高中物理实验中的应用摘要：新课改背景下，物理学习对物理实验的要求越来越高，强调要让学生真正接触实验，并从中学会知识的应用。

因此，信息技术越来越多地被运用到实验教学中，尤其是传感器。

传感器能展示教师无法亲自演示的实验，也可以减少实验的误差。

同时，传感器的使用能让学生获得更好的实践体验，提升学生的综合素质。

关键词：传感器的应用；高中物理实验；小球碰撞实验引言物理实验中引入传感器的测量方法已势在必行，这不仅成为信息技术与物理课程融合的需求，也为教育手段的现代化提供了契机。

与此同时，传感器进入物理实验中能对学生创造性思维能力的培养有一定的帮助作用。

1．传感器传感器是一种非电量与电量间的转换和检测的装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点有：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。

通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和Ｐ未敏元件等十大类。

由此可见传感器应用的范围很广，因此在物理实验教学领域，其技术手段也需要不断更新，如：力、热、声、光、磁转换成便于测量的电学量，并能放大、传输、储存、显示或做出必要的控制输出信号。

2.高中物理教学的不足2.1物理教学的资源欠丰富随着新课改的不断深入实施，物理教材也同步在更新，而且不同地方所使用的物理教材也有所不同，并且也有一些不足。

从物理教材所涉及的知识面来看，受到一定限制，教学资源并不十分丰富。

2.2学生的主体地位并没有充分显现出来受传统教学模式的影响，在物理课堂上教师仍然是以自我为中心开展教学，一味地进行知识的灌输与“填鸭”，导致学生的学习处于被动状态，并没有真正做到自主学习、自主探究。

被动接受知识不利于学生的思维发展，由此也降低了学生的学习效率，导致学生对物理学习产生一定的畏难情绪。

实验十一传感器的简单使用考纲解读1。

知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用。

2。

能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性。

3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案．基本实验要求Ⅰ研究热敏电阻的特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水．3．实验步骤（1)按实验原理图甲连接好电路,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值,并记录．4．数据处理在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．图15．实验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．6．注意事项实验时,加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．基本实验要求Ⅱ研究光敏电阻的光敏特性1．实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．2．实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源．3．实验步骤（1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好，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，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录．(4)用手掌(或黑纸）遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．4．数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性．5．实验结论（1）光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小．（2）光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．6．注意事项(1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的；(2）欧姆表每次换挡后都要重新调零．考点一温度传感器的应用例1 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T,在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将R T和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值，测量电路如图2所示,图中的电压表内阻很大．实验中的部分实验数据测量结果如表所示。

高考物理实验传感器的简单使用(一)实验目的了解传感器的简单应用.(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、多用电表、温度计、水杯、铁架台、光敏电阻、小灯泡(或门铃)、学生用电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线若干.(四)实验步骤1.热敏特性实验按如图所示将一热敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与热敏电阻两端相连.将热敏电阻放入有少量冷水并插有温度计的烧杯中,在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示热敏电阻的阻值;再分几次向烧杯中倒入开水,观察不同温度下热敏电阻的阻值,看看这个热敏电阻的阻值是如何随温度变化的.2.光敏特性实验按如图所示将一光敏电阻连入电路中,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,再将电表的两支表笔分别与光敏电阻两端相连.在欧姆挡上选择适当的倍率,观察表盘所示光敏电阻的阻值;将手张开放在光敏电阻上方,挡住部分光线,观察表盘所示光敏电阻的阻值;上下移动手掌,观察表盘所示光敏电阻的阻值,总结一下光敏电阻的阻值随光线发生怎样的变化.3.光电计数的基本原理下图是利用光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是接收光信号的仪器,B 中的主要元件是光电传感器——光敏电阻.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,供给信号处理系统的电压变高,这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理,就会自动将其转化相应的数字,实现自动计数的功能.。

实验11 传感器的简单应用【考纲链接】1.本实验在新课标物理《高考大纲》中是必考内容实验之十一.传感器的简单应用。

2. 本实验见普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-2（人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心编著，人民教育出版社出版）的第6章传感器 第4节传感器的应用实验（第70~72页）。

由于本实验是历来的教科书所没有的，许多教师没有做过，不太熟悉，有些学校实验室没有所需器材（如施密特触发器等）,所以要特别重视。

以型号HEF40106B 施密特触发器为例图6-2-1图6-2-1是型号HEF40106B 触发器的引脚示意图，由图可以看出，在同一块集成片上分别做了6块独立的施密特触发器，如果使用第1块，只需要在1i 接输入电压，在1o 接输出电压，然后分别把DD V 接到稳压电源，SS V 接地，就可以工作了。

实验原理：图6-2-2将电路按图6-2-2连接，G R 为光敏电阻，1R ，2R 为电阻箱，LED 为发光二极管，A 点为施密特触发器的输入端，Y 点为施密特触发器的输出端。

适当选择1R ，2R 的阻值后，R上的电阻相对比较小，A点的电压小于Vp，Y点输出高电位，发光当外界光线很强时，GR上的电阻显著增大， A 二极管两端的电势差很小，因此不能发光；当外界光线变弱时，G点的电压也显著增大，当增大到Vp=3.0V时，Y点输出低电位，发光二极管两端有大约R上的电阻减5V的电势差，发光二极管开始正常发光，如果光线强度又进一步开始回升，G小，A点的电压也开始减小，当A点的电压小于Vn=2.2V时，Y点又输出高电位，发光二极管熄灭。

为了更直观地了解整个电路工作过程，也可以分别用两个电压表对A点和Y点的电压进行测量。

实验一：光控开关实验目的：了解光控开关，对自动控制有初步理解。

实验电路：见图6-2-3图6-2-3实验电路实验步骤：1. 当光弱时，光敏电阻阻值大，电流小，A端输入高电位（1），Y端输出低电位（0），发光二极管亮，如图6-2-4.图6-2-42. 当光强时，光敏电阻阻值小，电流大，A 端输入低电位（0），Y 端输出高电位（1），发光二极管不亮，如图6-2-5。

第3讲实验十一传感器的简单应用1．美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有( )．A．发光二极管B．热敏电阻C．霍尔元件D．干电池解析发光二极管有单向导电性，A错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、C对；干电池是电源，D错．答案BC2.如图1所示的电路中，当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，则说明( )．图1A．热敏电阻在温度越高时，电阻越大B．热敏电阻在温度越高时，电阻越小C．半导体材料温度升高时，导电性能变差D．半导体材料温度升高时，导电性能变好答案BD2．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”，基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是( )．A．热敏电阻可应用于温度测控装置中B．光敏电阻是一种光电传感器C．电阻丝可应用于电热设备中D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析电阻在电路中对直流电和交流电都有阻碍作用，将电能转换为热能，故D项错．答案 D4．如图2所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场．在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置．由以上信息可知( )．图2A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小D．如果用带了手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作解析电容触摸屏在原理上把人体当做一个电容器元件的一个极板，把导体层当做另一个极板，故A正确；手指与屏的接触面积越大，即两个极板的正对面积越大，故电容越大，B正确，C错误；如果带了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，D错误．答案AB5. 如图3所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化是________，发生这一现象的主要原因是________(填字母代号)．图3A．小灯泡的电阻发生了变化B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化D．电源的电压随温度发生了变化解析电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，根据闭合电路欧姆定律I＝ER＋r 可知，电流减小，小灯泡的实际功率减小，所以变暗．答案变暗 C6．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5 Ω.将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干．图4(1)在图4(a)中画出实验电路图．(2)根据电路图，在图4(b)所示的实物图上连线．(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤．解析图甲常温下待测热敏电阻的阻值(约4～5 Ω)较小，应该选用安培表外接法．热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式．(1)实验电路如图甲所示．(2)根据电路图，连接实物图如图乙所示．图乙(3)完成接线后的主要实验步骤：①往保温杯里加一些热水，待温度稳定时读出温度计值；②调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；③重复①和②，测量不同温度下的数据；④绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线．答案见解析。