2020版高考物理一轮复习第十章交变电流传感器实验十二传感器的简单使用

听课手册实验十二传感器的简单应用一、实验目的1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性.2.了解传感器的简单应用.二、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等.三、实验原理1.闭合电路的欧姆定律.2.应用多用电表的“欧姆挡”进行测量和观察.四、实验步骤(一)研究热敏电阻的热敏特性图S12-11.按图S12-1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值,并记录.(二)研究光敏电阻的光敏特性图S12-21.将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图S12-2所示连接好电路,其中多用电表置于“欧姆挡”.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.打开光源,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.4.用手掌(或黑纸)遮光时观察表盘指针显示的电阻值,并记录.五、数据处理(一)研究热敏电阻的热敏特性在图S12-3的坐标系中粗略画出热敏电图S12-3阻的阻值随温度变化的图线.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,半导体热敏电阻也可以用作温度传感器.(二)研究光敏电阻的光敏特性根据记录数据分析光敏电阻的特性.实验结论:光敏电阻在暗环境下电阻值很大,强光照射下电阻值很小.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.六、注意事项1.在做热敏实验时,加开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,温度测量存在误差.2.光敏实验中,如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中,并通过盖上的小孔改变射到光敏电阻上的光强度,电阻值改变不明显易造成误差.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零,测电阻时读数存在误差.热点一热敏电阻的理解及应用例1[2018·全国卷Ⅰ]某实验小组利用如图S12-4甲所示的电路探究在25~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性.所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻R T,其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表V(量程150 mV):定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9 Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2.实验时,先按图甲连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃,将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数.逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 ℃.实验得到的R2-t数据见下表.回答下列问题:(1)在闭合S1前,图甲中R1的滑片应移动到(选填“a”或“b”)端;(2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线;(3)由图乙可得到R T在25~80 ℃范围内的温度特性.当t=44.0 ℃时,可得R T= Ω;(4)将R T握于手心,手心温度下R2的相应读数如图丙所示,该读数为Ω,则手心温度为℃.图S12-4变式题[2017·江苏卷]某同学通过实验制作一个简易的温控装置,实验原理电路图如图S12-5所示,继电器与热敏电阻R t、滑动变阻器R串联接在电源E两端,当继电器的电流超过15 mA 时,衔铁被吸合,加热器停止加热,实现温控.继电器的电阻约20 Ω,热敏电阻的阻值R t与温度t的关系如下表所示.图S12-5(1)提供的实验器材有:电源E1(3 V,内阻不计)、电源E2(6 V,内阻不计)、滑动变阻器R1(0~200 Ω)、滑动变阻器R2(0~500 Ω)、热敏电阻R t、继电器、电阻箱(0~999.9 Ω)、开关S、导线若干.为使该装置实现对30~80 ℃之间任一温度的控制,电源E应选用(选填“E1”或“E2”),滑动变阻器R应选用(选填“R1”或“R2”).(2)实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点间的电压,则应将如图S12-6所示的选择开关旋至(选填“A”“B”“C”或“D”).图S12-6(3)合上开关S,用调节好的多用电表进行排查.在图中,若只有b、c间断路,则应发现表笔接入a、b时指针(选填“偏转”或“不偏转”),接入a、c时指针(选填“偏转”或“不偏转”).(4)排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合,下列操作步骤的正确顺序是(填写各步骤前的序号).①将热敏电阻接入电路②观察到继电器的衔铁被吸合③断开开关,将电阻箱从电路中移除④合上开关,调节滑动变阻器的阻值⑤断开开关,用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至108.1 Ω热点二光敏电阻传感器的应用例2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R在不同照度下的阻值如下表:(1)根据表中数据,请在图S12-7的坐标系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.图S12-7(2)如图S12-8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)图S12-8提供的器材如下:光敏电阻R(符号);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.变式题一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ,当供电电压等于24 V时能正常工作,否则不产生臭氧.现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置,要求它在有光照时能产生臭氧,在黑暗时不产生臭氧,拟用一个光敏电阻R1对它进行控制,R1的阻值在有光照时为100 Ω,黑暗时为1000 Ω,允许通过的最大电流为3 mA;电源E的电压为36 V,内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0~100 Ω,允许通过的最大电流为0.4 A;还有一个开关S和导线若干.臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图S12-9所示.图S12-9设计一个满足上述要求的电路图,图中各元件要标上字母代号,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在虚线框内).热点三力学传感器的理解及应用传感器的一般应用模式:由敏感元件、转换器件和转换电路三个部分组成,通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号,通过输出部分输出,然后经控制器分析处理.(如图S12-10所示)图S12-10工作过程:敏感元件将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量,如下.非电学物理量敏感元件转换器件转换电路电学量输出例3某学生为了测量一个物体的质量,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S12-11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.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,并且使调节范围尽可能大,在虚线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.图S12-11变式题材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”,利用这种效应可以测量压力大小.若图S12-12甲为某压敏电阻在室温下的电阻—压力特性曲线,其中R F、R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力作用下的电阻值R F.请按要求完成下列问题.图S12-12(1)设计一个可以测量处于压力作用下的该压敏电阻阻值的电路,在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(压敏电阻及所加压力已给出,待测压力大小为0.4×102 N~0.8×102N,不考虑压力对电路其他部分的影响),要求误差较小,提供的器材如下:A.压敏电阻(无压力时阻值R0=6000 Ω);B.滑动变阻器R(总阻值约为200 Ω);C.电流表A(量程0~2.5 mA,内阻约为30 Ω);D.电压表V(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ)E.直流电源E(电动势为3 V,内阻很小);F.开关S,导线若干.(2)正确接线后,将压敏电阻置于待测压力下,通过压敏电阻的电流是1.33 mA,电压表的示数如图丙所示,则电压表的读数为V.(3)此时压敏电阻的阻值为Ω;结合图甲可知待测压力的大小F= N.(结果均保留两位有效数字)1.(多选)[2018·聊城模拟]如图S12-13所示,R1、R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻.当照射光强度增大时()图S12-13A.电压表的示数增大B.R2中电流减小C.小灯泡的功率增大D.电路的路端电压增大2.如图S12-14所示为某电容传声器结构示意图,膜片和极板组成一个电容器,当人对着传声器讲话时,膜片会振动.若某次膜片振动时,膜片与极板距离减小,则在此过程中()图S12-14A.膜片与极板所组成的电容器的电容变小B.极板的带电荷量增大C.膜片与极板间的电场强度变小D.电阻R中无电流通过3.(多选)传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件.如图S12-15所示,图乙、图丙中是两种常见的电容式传感器的示意图,现将图乙、图丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏),下列实验现象中正确的是()图S12-15A.当乙传感器接入电路进行实验时,若F变小,则电流表指针向右偏转B.当乙传感器接入电路进行实验时,若F变大,则电流表指针向右偏转C.当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变大,则电流表指针向左偏转D.当丙传感器接入电路进行实验时,若导电溶液深度h变小,则电流表指针向左偏转4.[2016·全国卷Ⅰ]现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时,系统报警.提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过I c时就会报警),电阻箱(最大阻值为999.9 Ω),直流电源(输出电压为U,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为2000 Ω),单刀双掷开关一个,导线若干.在室温下对系统进行调节,已知U约为18 V,I c约为10 mA;流过报警器的电流超过20 mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,在60 ℃时阻值为650.0 Ω.(1)完成图S12-16中待调节的报警系统原理电路图的连线.图S12-16(2)电路中应选用滑动变阻器(选填“R1”或“R2”).(3)按照下列步骤调节此报警系统:①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为Ω;滑动变阻器的滑片应置于(选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是.②将开关向(选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至.(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用.5.某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也要发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.现用如图S12-17所示的电路研究某长薄板电阻R x的压阻效应,已知R x的阻值变化范围为几欧到几十欧,实验室中有下列器材:图S12-17A.电源E(电动势3 V,内阻约为1 Ω)B.电流表A1(量程0~0.6 A,内阻r1=5 Ω)C.电流表A2(量程0~0.6 A,内阻r2≈1 Ω)D.定值电阻R0=5 ΩE.开关S,导线若干(1)为了比较准确地测量电阻R x的阻值,请完成虚线框内电路图的设计.(2)在电阻R x上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向),闭合开关S,记下电表读数,A1的读数为I1,A2的读数为I2,得R x= .(用字母表示)(3)改变力的大小,得到不同的R x值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的R x值,最后绘成的图像如图S12-18所示.除观察到电阻R x的阻值随压力F的增大而均匀减小外,还可以得到的结论是.当F竖直向下时,可得R x与所受压力F的数值关系是R x= .图S12-18。

人教版高三一轮复习：交变电流和传感器第3节实验十二传感器的简单使用学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、实验题1．某实验小组利用如图（a ）所示的电路探究在25C 80C ︒︒~范围内某热敏电阻的温度特性，所用器材有：置于温控室（图中虚线区域）中的热敏电阻T R ，其标称值25C ︒时的阻值为900.0Ω： 电源E （6V ，内阻可忽略）；电压表V （量程150mV ）；定值电阻0R （阻值20.0Ω）；滑动变阻器1R （最大阻值为1000Ω）；电阻箱2R （阻值范围0999.9Ω）； 单刀开关1S ，单刀双掷开关2S 。

实验时，先按图（a ）连接好电路，再将温控室的温度t 升至80.0C ︒，将2S 与1端接通，闭合1S ，调节1R 的滑片位置，使电压表读数为某一值0U ：保持1R 的滑片位置不变，将2R 置于最大值，将2S 与2端接通，调节2R ，使电压表读数仍为0U ：断开1S ，记下此时2R 的读数，逐步降低温控室的温度t ，得到相应温度下2R 的阻值，直至温度降到25.0C ︒，实验得到的2R t -数据见下表。

/Ω回答下列问题：(1)在闭合1S 前，图（a ）中1R 的滑片应移动到_________（填“a ”或“b ”）端。

(2)在图（b ）的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出2R t -曲线_________。

(3)由图（b ）可得到T R 在25C 80C ︒︒~范围内的温度特性，当44.0C t ︒=时，可得T R =___Ω。

(4)将T R 握于手心，手心温度下2R 的相应读数如图（c ）所示，该读数为___Ω，则手心温度为_____C ︒。

2．某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表（待改装），学生电源（电动势为E ，内阻不计），滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC 热敏电阻R 1（PTC 线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t 的关系为R t =a+kt ，a ＞0，k ＞0）．设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作．（1）按电路图连接好实验器材________．（2）将滑动变阻器滑片P 滑到__________（填“a”或“b”）端，单刀双掷开关S 掷于________（填“c”或“d”）端，调节滑片P使电流表满偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路．（3）容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关．请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I=________（用题目中给定的符号）．（4）根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表．根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在________（填“左”或“右”）侧，刻度线分布是否均匀？______（填“是”或“否”）．3．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．光控开头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：①根据表中数据，请在给定的坐标系（见答题卡）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如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V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(1x)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：光敏电源E(电动势3V，内阻不计)；定值电阻：R1=10kΩ，R2=20kΩ，R3=40kΩ（限选其中之一并在图中标出）开关S及导线若干．4．一台臭氧发生器P的电阻为10 kΩ,当供电电压等于24 V时能正常工作,否则不产生臭氧．现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置,要求它在有光照时能产生臭氧,在黑暗时不产生臭氧,拟用一个光敏电阻R1对它进行控制,R1的阻值在有光照时为100 Ω、黑暗时为1 000 Ω、允许通过的最大电流为3 mA;电源E的电压为36 V、内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0~100 Ω、允许通过的最大电流为0.4 A;一个开关S和导线若干．臭氧发生器P和光敏电阻R1的符号如图所示．设计一个满足上述要求的电路图,图中各元件要标上字母代号,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B(电路图画在方框内)．5．某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”.现用如图所示的电路研究某长薄板电阻R x的压阻效应，已知R x的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：A．电源E(电动势3 V，内阻约为1 Ω)B．电流表A1(0～0.6 A，内阻r1＝5 Ω)C．电流表A2(0～0.6 A，内阻r2≈1 Ω)D．开关S，定值电阻R0＝5 Ω(1)为了比较准确地测量电阻R x的阻值，请完成虚线框内电路图的设计______.(2)在电阻R x上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得R x＝________.(用字母表示)(3)改变力的大小，得到不同的R x值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的R x值.最后绘成的图象如图所示，除观察到电阻R x的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是________________________.当F竖直向下时，可得F x 与所受压力F 的数值关系是R x ＝________.6．用对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻T R ，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T R 和两个适当的固定电阻1R 、2R 连成图1虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻L R 的阻值随T R 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L R 的阻值，测量电路如图1所示，图中的电压表内阻很大．L R 的测量结果如表所示．回答下列问题： （1）根据图1所示的电路，在图2所示的实物图上连线_______________．（2）为了检验L R 与f 之间近似为线性关系，在坐标纸上作L R -t 关系图线___________．（3）在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图3、4所示．电流表的读数为____，电压表的读数为___．此时等效电阻L R 的阻值为___：热敏电阻所处环境的温度约为____．7．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻R x 和定值电阻R 0接在9V 的电源上，电源内阻不计，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：[“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为E ，单位坎德拉(cd)](1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻R x的大小为________Ω.(2)其原理是光照增强，光敏电阻R x阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升．若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)．(3)现已知定值电阻R0为12Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3V，则此时光照强度为多少_____？二、填空题8．传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。