【物理】2018届一轮复习人教版第11章实验12传感器的简单使用学案 6页

实验十二　传感器的简单使用 ‎【基本要求】‎ 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．学会传感器的简单使用．‎ 二、实验原理 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．‎ 三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、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．‎ 四、实验步骤 ‎1．研究热敏电阻的热敏特性 ‎(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如实验原理图甲所示)．‎ ‎(2)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中．‎ ‎2．研究光敏电阻的光敏特性 ‎(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好(如实验原理图乙所示)，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．‎ ‎(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．‎ ‎【方法规律】‎ 一、数据处理 ‎1．热敏电阻的热敏特性 ‎(1)画图象：在如图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．‎ ‎(2)得结论：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．‎ ‎2．光敏电阻的光敏特性 ‎(1)探规律：根据记录数据定性分析光敏电阻的阻值与光照强度的关系．‎ ‎(2)得结论 ‎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．‎ 二、误差分析 本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数．‎ 三、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．‎ ‎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，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的强弱．‎ ‎3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．‎ ‎　对热敏电阻的特性和应用的考查 ‎　(2016·高考全国卷乙)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Ic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1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 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，Ic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升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.‎ ‎(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线．‎ ‎(2)电路中应选用滑动变阻器________(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________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎____________________________________．‎ ‎②将开关向______(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．‎ ‎[解析]　(1)根据题述，应该采用滑动变阻器的限流接法，连接的电路如答案图所示．‎ ‎(2)根据题述，流过报警器的工作电流超过10 mA时，报警器就会报警，可知滑动变阻器的最大阻值至少为R＝＝ Ω＝1 800 Ω，因此在电路中应选用最大阻值为2 000 Ω的滑动变阻器R2.‎ ‎(3)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，这一阻值为热敏电阻在‎60 ℃‎时的阻值650.0 Ω；滑动变阻器的滑片应置于接入电路的阻值最大处，即b端附近，不能置于另一端的原因是：若置于a端，则导致闭合开关后，报警器中电流大于20 mA，报警器可能损坏．‎ ‎②将开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警．‎ ‎[答案]　(1)连线如图所示 ‎(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ‎②c　报警器开始报警 ‎　对光敏电阻的特点和应用的考查 ‎　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)‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在给定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．‎ ‎(2)如图所示，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：‎ 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．‎ ‎[解析]　(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示．特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．‎ ‎(2)控制开关自动启动照明系统，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，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示．‎ ‎[答案]　见解析 ‎　力电传感器的应用 ‎　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Rx的压阻效应，已知Rx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(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约为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Rx的阻值，请完成虚线框内电路图的设计．‎ ‎(2)在电阻Rx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Rx＝________(用字母表示)．‎ ‎(3)改变力的大小，得到不同的Rx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Rx值．最后绘成的图象如图所示，除观察到电阻Rx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Rx与所受压力F的数值关系是Rx＝________________．‎ ‎[解析]　(1)利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻已知的电流表A1代替，另一个电流表A2测量电流 .‎ ‎(2)电阻两端电压为Ux＝I1r1，流经的电流为Ix＝I2－I1，电阻Rx＝.‎ ‎(3)由题图可知，图象是一次函数图线，即Rx＝kF＋b，‎ k＝－＝－＝－，b＝17，‎ 则有Rx＝17－F.‎ ‎[答案]　(1)如图所示 ‎(2)　(3)压力反向，阻值不变　17－F