2019-2020年高考物理大一轮复习第十一章交变电流传感器实验十一传感器的简单使用课件

2.一台臭氧发生器 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________(选填“a”或“b”)端，单 刀双掷开关 S 掷于________(选填“c”或“d”)端，调节滑片 P 使电流表________，并在以后的操作中保持滑片位置不动， 设此时电路总电阻为 R，断开电路．
四、实验过程 1．研究热敏电阻的热敏特性 (1)实验步骤 ①按图示连接好电路，将热敏电阻绝缘处 理． ②将热水和冷水分 n 次注入烧杯中，记录 每一次温度值和两电表读数． ③利用 R＝UI 计算出每一次热敏电阻的阻 值．
(2)数据处理 ①根据记录数据，把测量到的温度值和电阻值填入表中，分析热 敏电阻的特性．
小，光照减弱电阻变大．
五、注意事项 1．在做热敏电阻实验时，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、电压和电 流值． 2．光敏电阻实验中，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．
(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
答案：见解析
力电传感器的应用 【典题例析】 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．
解析：(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合 开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片 P 滑到 a 端．为 了设计表盘刻度，应使开关掷于 c据闭合电路欧姆定律得 I＝R＋ERt，又
Rt＝a＋kt，联立得出电流与温度的关系式为 I＝R＋Ea＋kt.
对热敏电阻的特性和应用的考查 【典题例析】
(2018·高考全国卷Ⅰ)某实验小组利用如图(a)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 RT，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 1 000 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.
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)
第十一章 交变电流 传感器
实验十一 传感器的简单使用
一、实验目的 1．认识热敏电阻、光敏电阻等传感器中的敏感元件． 2．了解传感器在技术上的简单应用． 二、实验原理 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
三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、电压表、电流表、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．
实验时，先按图(a)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
图(a)
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
(4)因为 Rt＝a＋kt(且 a＞0，k＞0)，所以温度越低，电阻越小， 回路中 I 越大，所以低温度刻度在右侧，由(3)中关系式可知
电流与温度不是线性关系，所以刻度线分布不均匀．
答案：(2)a
c
满偏
E (3)R＋a＋kt
(4)右
否
对光敏电阻的特性和应用的考查 【典题例析】
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：
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)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出 R2 －t 曲线；
图(b)
图(c)
(3)由图(b)可得到 RT 在 25～80 ℃范围内的温度特性．当 t＝ 44.0 ℃时，可得 RT＝________Ω； (4)将 RT 握于手心，手心温度下 R2 的相应读数如图(c)所示， 该读数为________Ω，则手心温度为________℃.
[答案] (1)如图所示 (2)I2I－1r1I1 (3)压力反向，阻值不变 17－290F
3.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．有一种测量人的体重的电子秤，其测量 部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器 R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)，显示体重
次数 待测量
温度/℃ 电阻/Ω
②坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．
③根据 R－t 图线，得出结论(热敏电阻的阻值随温度的升高 而减小)．
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 变阻器按如图所示电路连接好，并将多用 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．
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)．
解析：因变阻器最大阻值 100 Ω 远小于臭氧发生器 P 的电阻 10 kΩ，为了能控制臭氧发生器，应该使用滑动变阻器的分压 式连接，有光照时 P 能正常工作，无光照时 P 不工作，电路 如图所示．
可知，测量的 R2 的数据等于对应的热敏电阻 RT 的阻值．由 画出的 R2－t 曲线可知，当 t＝44.0 ℃时，对应的 RT＝450 Ω. (4)由画出的 R2－t 曲线可知，当 RT＝620.0 Ω 时，手心温度 t ＝33.0 ℃.
[答案] (1)b (2)如图 (3)450 (4)620.0 33.0
1.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 Rt(PTC 线性热敏电阻 的阻值与摄氏温度 t 的关系为 Rt＝a＋kt，a＞0，k＞0)．
大小的仪表 A(实质是理想的电流表)组成．压力传感器表面 能承受的最大压强为 1×107 Pa，且已知压力传感器 R 的电阻 与所受压力的关系如下表所示．设踏板和压杆的质量可以忽 略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为 4.8 V，g 取 10 m/s2.请回答：
的阻值，直至温度降到 25.0 ℃.实验得到的 R2－t 数据见下表．
t/℃ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/Ω 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 回答下列问题： (1)在闭合 S1 前，图(a)中 R1 的滑片应移动到________(填“a”或 “b”)端；
(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________(选填“左”或“右”)侧，刻度线 分布是否均匀？________(选填“是”或“否”)．
(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＝I2I－1r1I1.
(3)由题图可知，图象是一次函数图线，即 Rx＝kF＋b， k＝－ΔΔRFx＝－41.05＝－290，b＝17， 则有 Rx＝17－290F.
[解析] (1)题图(a)的电路滑动变阻器采用限流接法，在闭合 S1 前，R1 应该调节到接入电路部分的阻值最大，使电路中电 流最小，即题图(a)中 R1 的滑片应移到 b 端．(2)将 t＝60 ℃ 和 t＝70 ℃对应的两组数据画在坐标图上，然后用平滑曲线 过尽可能多的数据点画出 R2－t 曲线．(3)根据题述实验过程
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，观察表盘指针显示电阻阻值的情况， 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