高考物理实验十一传感器的简单使用理论指导更多资料关注微博高中学习资料库

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‎【创新方案】2014年高考物理一轮复习 实验十一 传感器的简单使用 ‎(1)了解传感器的工作原理，知道热敏电阻、光敏电阻等敏感元件的特性。‎ ‎(2)了解传感器在技术上的简单应用。‎ ‎(1)传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。‎ ‎(2)工作过程如图：‎ 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。‎ ‎1．研究热敏电阻的热敏特性 图实－11－1‎ ‎(1)实验步骤：‎ ‎①按如图实－11－1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。‎ ‎(2)数据处理：‎ ‎①根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入表中，分析热敏电阻的特性。‎ 次数 待测量　　‎ 温度(℃)‎ 电阻(Ω)‎ ‎②在坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。‎ ‎③‎ 图实－11－2‎ 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。‎ ‎2．研究光敏电阻的光敏特性 ‎(1)实验步骤：‎ ‎①将光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器按如图实－11－3所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡；‎ 图实－11－3‎ ‎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)遮光时的电阻值又是多少，并记录。‎ ‎(2)数据处理：把记录的结果填入表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性。‎ 光照强度 弱 中 强 无光照射 阻值(Ω)‎ 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，光照减弱电阻变大。‎ ‎(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照射到光敏电阻上的光的强度。‎ ‎(3)欧姆表每次换挡后都要重新调零。‎ 实验原理与操作 ‎[例1]　如图实－11－4所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈电阻为100 Ω。当线圈电流大于或等于10 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6 V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。‎ 图实－11－4‎ ‎(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B”或“C、D”)两端；‎ ‎(2)如果要使恒温箱内的温度保持‎50 ℃‎，可变电阻R′的值应调节为________Ω；‎ ‎ (3)如果要使恒温箱内的温度保持‎100 ℃‎，可变电阻R′的值应调节为________Ω；‎ ‎(4)若可变电阻R′可在380 Ω到470 Ω范围内调节，则此恒温箱可控制的恒温范围是________℃。‎ ‎[解析]　(1)温度低于要求时，电路加热设备应工作，此时热敏电阻的阻值大，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中电流小，弹簧将衔铁向上拉起，故恒温箱加热器应接A、B两端。‎ ‎(2)恒温箱内的温度保持‎50 ℃‎，由甲图可知热敏电阻此温度的阻值为100 Ω，由闭合电路欧姆定律可知E＝I(100＋R′＋100)，得R′＝400 Ω，所以可变电阻R′的值应调为400 Ω。‎ ‎(3)恒温箱内的温度保持‎100 ℃‎，由甲图可知热敏电阻此温度的阻值为50 Ω，由闭合电路欧姆定律可知E＝I(100＋R′＋50)，得R′＝450 Ω，所以可变电阻R′的值应调为450 Ω。‎ ‎(4)可变电阻R′可在380 Ω到470 Ω范围内调节，由闭合电路欧姆定律可知E＝I(100＋R1＋380)和E＝I(100＋R2＋470)，解得热敏电阻的阻值分别为R1＝120 Ω，R2＝30 Ω，由甲图可知对应的温度分别是t1＝‎40 ℃‎，t2＝‎160 ℃‎，此恒温箱可控制的恒温范围是40～‎160 ℃‎。‎ ‎[答案]　(1)A、B　(2)400　(3)450　(4)40～‎‎160 ℃‎ 数据处理与误差分析 ‎[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(图实－11－5)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。‎ 图实－11－5‎ ‎(2)如图实－11－6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)‎ 图实－11－6‎ 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实－11－6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所示。‎ 特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。‎ ‎(2)因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，电路原理图如图所示。‎ ‎[答案]　见解析 同类实验的拓展与创新 ‎[例3]　如图实－11－7所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑动变阻器，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，与P1相连的金属细杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆MN上保持水平状态，金属细杆与托盘相连。金属细杆所受重力忽略不计，弹簧处于原长时P1刚好指向A端，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显示出质量的大小。已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源的电动势为E，电源的内阻忽略不计，信号放大器、信号转换器和显示器的分流作用忽略不计。求：‎ 图实－11－7‎ ‎(1)托盘上未放物体时在托盘的自身重力作用下P1距A端的距离x1；‎ ‎(2)在托盘上放有质量为m的物体时P1距A端的距离x2；‎ ‎(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，从而使P1、P2间的电压为零，校准零点后将被称物体放在托盘上。试推导出被称物体的质量m与P1、P2间电压U的函数关系式。‎ ‎[解析]　(1)由力的平衡知识知 m‎0g＝kx1，x1＝。‎ ‎(2)放上重物重新平衡后 m‎0g＋mg＝kx2，x2＝。‎ ‎(3)设电路中的电流为I，则E＝IR。‎ 设P1、P2间的电阻为Rx，距离为x，则 U＝IRx，＝，x＝x2－x1，‎ 解得m＝U。‎ ‎[答案]　(1)　(2)　(3)m＝U