高考物理一轮复习 11.3 实验：传感器的简单应用同步课件.ppt

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1、第第3 3讲 实验：传感器的感器的简单应用用 2021/8/11 星期三1一、实验目的一、实验目的1认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性2了解传感器在技术上的简单应用了解传感器在技术上的简单应用2021/8/11 星期三2二、实验原理二、实验原理传感器能将它感受到的物理量传感器能将它感受到的物理量(如力、热、光、声等如力、热、光、声等)转转换成便于测量的量换成便于测量的量(一般是电学量一般是电学量)其工作过程是通过对某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

2、电传感器是利用光敏电阻将光信号转利用的信号例如，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达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的可达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的2021/8/11 星期三3传感器工作的原理可用下面框图表示：传感器工作的原理可用下面框图表示：2021/8/11 星期三4三、实验器材三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台

3、、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等导线等2021/8/11 星期三5四、研究四、研究热热敏敏电电阻的阻的热热敏特性敏特性1实验实验步步骤骤(1)按按图图1031所示所示连连接好接好电电路，路，将将热热敏敏电电阻阻绝缘处绝缘处理理(2)把多用把多用电电表置于表置于“欧姆档欧姆档”，并并选择选择适当的量程适当的量程测测出出烧烧杯杯中没有中没有热热水水时热时热敏敏电电阻的阻阻的阻值值，并并记记下温度下温度计计的示数；的示数；图图10312021/8/11 星期三6(3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷

4、水中，记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；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，并记录值，并记录2021/8/11 星期三72数据处理数据处理(1)根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，根据记录数据，把测量到的温度、电阻值填入下表中，分析热敏电阻的特性分析热敏电阻的特性.次数次数待待测测量量温度温度()电电阻阻()2021/8/11 星期三8(2)在图在图1032所示的坐标系中，所示的坐标系中，粗略地画出热

5、敏电阻的阻值随温粗略地画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线度变化的图线(3)根据实验数据和根据实验数据和Rt图线，得出结论：热敏电阻的阻值图线，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随温度的升高而减小，随温度的降低而增大图图10322021/8/11 星期三9五、研究光敏电阻的光敏特性五、研究光敏电阻的光敏特性1实验步骤实验步骤(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器如图将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器如图1033所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆所示电路连接好，其中多用电表置于欧姆“100”“100”档；档；(2)先测出在室内自然光的照射下光敏先测出在室

6、内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据；电阻的阻值，并记录数据；(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小打开电源，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；盘指针显示电阻阻值的情况，并记录；图图1033(4)用手掌用手掌(或黑纸或黑纸)遮光时电阻值又是多少？并记录遮光时电阻值又是多少？并记录2021/8/11 星期三102数据处理数据处理把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻把记录的结果填入下表中，根据记录数据分析光敏电阻的特性的特性.光照光照强强度度弱弱中中强强无光照射无光照射阻阻值值结论：光敏电阻的阻值被光照

7、射时发生变化，光照增强电结论：光敏电阻的阻值被光照射时发生变化，光照增强电阻变小，光照减弱电阻变大阻变小，光照减弱电阻变大2021/8/11 星期三11六、注意事项六、注意事项1在热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电在热敏实验时，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，并同时读出水温阻温度与水的温度相同，并同时读出水温2在光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入在光敏实验中，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的多少3欧姆表每次换档后都要重新调零欧姆表

8、每次换档后都要重新调零七、误差分析七、误差分析此实验的误差主要来源于温度计和欧姆表的读数此实验的误差主要来源于温度计和欧姆表的读数2021/8/11 星期三12八、实验改进八、实验改进对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：对于热敏电阻的特性，可用以下实验进行：如图如图1034所示，将多用电表所示，将多用电表的选择开关置于的选择开关置于“欧姆欧姆”档，再将档，再将电表的两支表笔与负温度系数的电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻热敏电阻Rt的两端相连，这时表的两端相连，这时表针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：针指在某一刻度，观察下述操作下的指针偏转情况：图图10342021/8/11

9、星期三13(1)往往Rt上擦一些酒精；上擦一些酒精；(2)用吹风机将热风吹向电阻用吹风机将热风吹向电阻实验分析：实验分析：(1)中指针左偏，说明中指针左偏，说明Rt的阻值增大；酒精蒸发的阻值增大；酒精蒸发吸热，热敏电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降吸热，热敏电阻的温度降低，所以热敏电阻的阻值随温度的降低而增大低而增大(3)中指针右偏，说明中指针右偏，说明Rt的阻值减小，而热敏电阻的阻值减小，而热敏电阻Rt的温度的温度升高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小升高，故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结论优点：改进后的实验简单易操作，学生很快得出结

10、论2021/8/11 星期三14热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏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能完整已知常温下待测热敏电阻的阻值约45.将热敏电阻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：盛有热水的热水瓶的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出图中未画出)、电源、电源(3V、内阻可忽略内阻可忽略)、直流电流表、直流电流表(内阻约

11、内阻约1)、直流电压表、直流电压表(内阻约内阻约5k)、滑动变阻器、滑动变阻器(020)、开关、导线若干、开关、导线若干2021/8/11 星期三15图图10352021/8/11 星期三16(1)在图在图1035(a)中画出实验电路图中画出实验电路图(2)根据电路图，在图根据电路图，在图1035(b)所示的实物图上连线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简要写出完成接线后的主要实验步骤2021/8/11 星期三17解题指导解题指导常温下待测热敏电阻的阻值常温下待测热敏电阻的阻值(约约45)较小，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，应该选用安培表外接

12、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)实验电路如图实验电路如图1036所示所示图图10362021/8/11 星期三18(2)根据电路图，连接实物图如图根据电路图，连接实物图如图1037所示所示图图10372021/8/11 星期三19(3)完成接线后的主要实验步骤：完成接线后的主要实验步骤：往保温杯里加一些往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；热水，待温度计稳定时读出温度计值；调节滑动变阻器，调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；快速测出几组电压表和电流表的值；重

13、复重复和和，测量，测量不同温度下的数据；不同温度下的数据；绘出各测量温度下的热敏电阻的伏绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线安特性曲线答案答案见解题指导见解题指导2021/8/11 星期三20如图如图1038所示所示的装置可以测量汽车在水平路面上做的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度该装置是匀加速直线运动的加速度该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器用两由力敏电阻组成的压力传感器用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压

14、在传感器滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小上，其压力大小图图10382021/8/11 星期三21可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将该装置沿运动方可直接从传感器的液晶显示屏上读出现将该装置沿运动方向固定在汽车上，传感器向固定在汽车上，传感器b在前，传感器在前，传感器a在后，汽车静止时，在后，汽车静止时，传感器传感器a、b的示数均为的示数均为10N(g取取10m/s2)2021/8/11 星期三22(1)若传感器若传感器a的示数为的示数为14N、b的示数为的示数为6.0N，求此时，求此时汽车的加速度大小和方向汽车的加速度大小和方向(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器当汽

15、车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数恰好的示数恰好为零为零2021/8/11 星期三23解题指导解题指导(1)对滑块进行受力分析如图对滑块进行受力分析如图1039所所示，依题意：示，依题意：左侧弹簧对滑块的向右的推力左侧弹簧对滑块的向右的推力 F114N右侧弹簧对滑块的向左的推力右侧弹簧对滑块的向左的推力 F26.0N滑块所受合力产生加速度滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有：，根据牛顿第二定律有：F1F2ma1解得：解得：a14.0m/s2 a1与与F1同方向，即向前同方向，即向前(向右向右)图图10392021/8/11 星期三24(2)传感器传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的

16、弹力的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F10.因两弹因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为弹力变为F220N.滑块所受合力产生加速度滑块所受合力产生加速度a2，由牛顿第二定律得，由牛顿第二定律得F合合F2ma2解得：解得：a210m/s2，负号表示方向向后，负号表示方向向后(向左向左)答案答案(1)4.0m/s2，方向向右，方向向右(2)10m/s2，方向向左，方向向左2021/8/11 星期三25为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制为了节能和环保，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

17、来控制，光敏电阻是阻值随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，光越强照照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为度越大，照度单位为lx)某光敏电阻某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下在不同照度下的阻值如下表：表：2021/8/11 星期三26照度照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电电阻阻(k)7540282320182021/8/11 星期三27(1)根据表中数据，请在图根据表中数据，请在图10310所示的坐标系中所示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描绘

18、出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点点图图103102021/8/11 星期三28(2)如图如图10311所示，当所示，当1、2两端所加电压上升至两端所加电压上升至2V时，控时，控制开关自动启动照明系统请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利用下列器材设计一个简单电路，给路，给1、2两端提供电压，要两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至求当天色渐暗照度降低至1.0lx时启动照明系统，在虚线框内时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图完成电路原理图(不考虑控制开关对所设计电路的影响不考虑控制开关对所设计电路的影响)图图103112021/8/11 星期三29提供的器材

19、如下：提供的器材如下：光敏电阻光敏电阻RP(符号符号，阻值见上表，阻值见上表)；直流电源直流电源E(电动势电动势3V，内阻不计，内阻不计)；定值电阻：定值电阻：R110k，R220k，R340k(限选其中之限选其中之一并在图中标出一并在图中标出)；开关开关S及导线若干及导线若干2021/8/11 星期三30解析解析(1)描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且描绘图象应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线光敏电阻的阻图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图值随光照度变化的曲线如图10312所示，电阻的阻值随光所示，电阻的阻值随光照度的增大而减小照度的增大而减小图图103122021/8/11 星期三31(2)根据串联电阻的正比分压关系，根据串联电阻的正比分压关系，E3V，当照度降低至，当照度降低至1.0lx时，其电压升至时，其电压升至2V，由图线知，此时光敏电阻，由图线知，此时光敏电阻RP20k，URP2V，串联电阻分压，串联电阻分压UR1V，由，由2得：得：R10k，故选定值电阻，故选定值电阻R1，电路原理图如图，电路原理图如图10313所示所示图图10313答案答案见解题指导见解题指导2021/8/11 星期三322021/8/11 星期三33