物理第十一章 交变电流 实验十二 传感器的简单使用.ppt

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1、实验十二传感器的简单使用实验十二传感器的简单使用实验基础实验基础热点定位热点定位跟踪训练跟踪训练实验基础实验基础理解落实理解落实 夯基础夯基础一、研究热敏电阻的热敏特性一、研究热敏电阻的热敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性二、研究光敏电阻的光敏特性注意事项注意事项1.1.在做热敏实验时在做热敏实验时,加热水后要等一会儿再测其阻值加热水后要等一会儿再测其阻值,以使电阻温度与以使电阻温度与水的温度相同水的温度相同,并同时读出水温并同时读出水温.2.2.在光敏实验中在光敏实验中,如果效果不明显如果效果不明显,可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中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

2、电阻上的光的强度并通过盖上小孔改变照射到光敏电阻上的光的强度.3.3.欧姆表每次换挡后都要重新调零欧姆表每次换挡后都要重新调零.热点定位热点定位重点透析重点透析 通热点通热点热点一温度传感器的应用热点一温度传感器的应用【例例1 1】对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R RT T,在给定温度范围在给定温度范围内内,其阻值随温度的变化是非线性的其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将某同学将R RT T和两个适当的定值电阻和两个适当的定值电阻R R1 1,R,R2 2连成图连成图(甲甲)虚线框内所示的电路虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻以使该电路的等

3、效电阻R RL L的阻值随的阻值随R RT T所处环境温度的变化近似为线性的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且具有合适的阻值范围.为了验证为了验证这个设计这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下他采用伏安法测量在不同温度下R RL L的阻值的阻值,测量电路如图测量电路如图(甲甲)所示所示,图中的电压表内阻很大图中的电压表内阻很大.实验中的部分实验数据测量结果如表所示实验中的部分实验数据测量结果如表所示.温度温度t/t/30.030.040.040.050.050.060.060.070.070.080.080.090.090.0R RL L阻阻值值/54.354.351.05

4、1.047.547.544.344.341.041.037.937.934.734.7回答下列问题回答下列问题:(1)(1)根据图根据图(甲甲)所示的电路所示的电路,在图在图(乙乙)所示的实物图上连线所示的实物图上连线.核心点拨核心点拨 (1)(1)实物图的连接要注意先串联后并联的顺序实物图的连接要注意先串联后并联的顺序.解析解析:(1)(1)连线如图连线如图(a)(a)所示所示答案答案:(1)(1)见解析见解析 (2)(2)为为了了检验检验R RL L与与t t之之间间近似近似为线为线性关系性关系,在在图图(丙丙)中作出中作出R RL L-t t关系关系图线图线.核心点拨核心点拨(2)(2)

5、电表的读数要根据最小刻度确定读数的位数电表的读数要根据最小刻度确定读数的位数,图图(丁丁)最最小刻度为小刻度为5 5 mAmA,因此在本位内估读因此在本位内估读,电压表的最小刻度为电压表的最小刻度为0.1 V,0.1 V,要估读到要估读到下一位下一位.解析解析:(2)R(2)RL L-t t关系图线如图关系图线如图(b)(b)所示所示答案答案:(2)(2)见解析见解析 (3)(3)在某一温度下在某一温度下,电电路中的路中的电电流表、流表、电压电压表的示数如表的示数如图图(丁丁)()(戊戊)所示所示,电电流表流表的的读读数数为为,电压电压表的表的读读数数为为.此此时时等效等效电电阻阻R RL L

6、的阻的阻值为值为;热热敏敏电电阻所阻所处环处环境的温度境的温度约为约为.核心点拨核心点拨(3)(3)回答热敏电阻的温度时要利用回答热敏电阻的温度时要利用R RL L-t t图像进行读数图像进行读数.解析：解析：(3)(3)因为电流表的最小刻度为因为电流表的最小刻度为5 5 mAmA,故读数时只需要精确到故读数时只需要精确到1 1 mAmA,所以电流表的读数为所以电流表的读数为115 115 mAmA,而电压表的最小刻度为而电压表的最小刻度为0.1 V,0.1 V,故读数时要故读数时要估读到估读到0.01 V,0.01 V,所以电压表的读数为所以电压表的读数为5.00 V.5.00 V.等效电阻

7、等效电阻R RL L=43.5,=43.5,结合结合R RL L-t t图像可知热敏电阻所处环境的温度约为图像可知热敏电阻所处环境的温度约为64.0.64.0.答案答案:(3)115(3)115 mAmA5.00 V5.00 V43.5 64.0 43.5 64.0 方法技巧方法技巧 解决传感器实验的主要方法解决传感器实验的主要方法(1)(1)在高中阶段关于传感器的实验主要侧重于实验电路的设计与连接、实在高中阶段关于传感器的实验主要侧重于实验电路的设计与连接、实验数据的处理或根据实验数据画图像验数据的处理或根据实验数据画图像.(2)(2)实验电路一般采用滑动变阻器的分压或限流实验电路一般采用滑

8、动变阻器的分压或限流,电流表的内接或外接电流表的内接或外接.(3)(3)数据的处理一般是图像法数据的处理一般是图像法,要充分利用好实验得到的数据获得实验要充分利用好实验得到的数据获得实验结果结果.(4)(4)连接实物图时连接实物图时,一般先将串联的主体电路连接好一般先将串联的主体电路连接好,然后连接并联的器材然后连接并联的器材,最后一定要进行检查最后一定要进行检查.【教师备用教师备用】如图如图,一热敏电阻一热敏电阻R RT T放在控温容器放在控温容器M M内内;mAmA为毫安表为毫安表,量程量程6 6 mAmA,内阻为数十欧姆内阻为数十欧姆;E;E为直流电源为直流电源,电动势约为电动势约为3

9、V,3 V,内阻很小内阻很小;R;R为电阻为电阻箱箱,最大阻值为最大阻值为999.9;S999.9;S为开关为开关.已知已知R RT T在在95 95 时的阻值为时的阻值为150,150,在在20 20 时的阻值约为时的阻值约为550 .550 .现要求在降温过程中测量在现要求在降温过程中测量在95 95 20 20 之间之间的多个温度下的多个温度下R RT T的阻值的阻值.(1)(1)在图中画出连线在图中画出连线,完成实验原理电路图完成实验原理电路图.解析解析:(1)(1)根据所给器材根据所给器材,要测量在不同温度下要测量在不同温度下R RT T的阻值的阻值,只能将电阻箱、只能将电阻箱、热敏

10、电阻、毫安表与电源串联形成测量电路热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路,如图所示如图所示.答案答案:(1)(1)见解析见解析(2)(2)完成下列完成下列实验实验步步骤骤中的填空中的填空:a.a.依照依照实验实验原理原理电电路路图连线图连线.b.b.调节调节控温容器控温容器M M内的温度内的温度,使得使得R RT T的温度的温度为为95.95.c.c.把把电电阻箱阻箱调调到适当的初到适当的初值值,以保以保证仪证仪器安全器安全.d.d.闭闭合开关合开关,调节电调节电阻箱阻箱,记录电记录电流表的示数流表的示数I I0 0,并并记录记录.e.e.将将R RT T的温度降的温度降为为T T1 1(20

11、 T(20 T1 195);0,k0).0,k0).设计电设计电路如路如图图所示所示,并按如下步并按如下步骤进骤进行操作行操作.(1)(1)将将滑滑动动变变阻阻器器滑滑片片P P滑滑到到(填填“a a”或或“b b”)端端,单单刀刀双双掷掷开开关关S S掷掷于于(填填“c c”或或“d d”)端端,调调节节滑滑片片P P使使电电流流表表,并并在在以以后后的的操操作作中中保保持持滑滑片片P P位位置置不不动动,设设此此时时电电路路总总电电阻阻为为R,R,断断开开电电路路.解析解析:(1)(1)为了电路的安全滑动变阻器在闭合开关前为了电路的安全滑动变阻器在闭合开关前,应调至应调至a a端端,将单刀

12、将单刀双掷开关双掷开关S S掷于掷于c c端端,并调节滑动变阻器并调节滑动变阻器,使电流表达到满偏使电流表达到满偏;答案答案:(1)a(1)ac c满偏满偏(2)(2)容器中倒入适量开水容器中倒入适量开水,观察标准温度计观察标准温度计,每当标准温度计示数下降每当标准温度计示数下降5 5,就就将将开开关关S S置置于于d d端端,并并记记录录此此时时的的温温度度t t和和对对应应的的电电流流表表的的示示数数I,I,然然后后断断开开开开关关.请请根根据据温温度度表表的的设设计计原原理理和和电电路路图图,写写出出电电流流与与温温度度的的关关系式系式(用题目中给定的符号用题目中给定的符号)I=)I=.

13、(3)(3)根根据据对对应应温温度度记记录录的的电电流流表表示示数数,重重新新刻刻制制电电流流表表的的表表盘盘,改改装装成成温温度表度表.根据改装原理根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在低温刻度在 .(填填“左左”或或“右右”)侧侧,刻度线分布是否均匀刻度线分布是否均匀?(填填“是是”或或“否否”).).(3)(3)右否右否跟踪训练跟踪训练即时巩固即时巩固 测效果测效果1.(1.(20162016华中师大附中适应考试华中师大附中适应考试)()(多选多选)电子眼系统通过路面下埋设的电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力感应线来感知汽车的压力,感

14、应线是一个压电薄膜传感器感应线是一个压电薄膜传感器,压电薄膜在受压电薄膜在受压时两端产生电压压时两端产生电压,压力越大电压越大压力越大电压越大,压电薄膜与电容器压电薄膜与电容器C C和电阻和电阻R R组成组成图图(甲甲)所示的回路所示的回路,红灯亮时红灯亮时,如果汽车的前、后轮先后经过感应线如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回回路中产生两脉冲电流路中产生两脉冲电流,如图如图(乙乙)所示所示,即视为即视为“闯红灯闯红灯”,电子眼拍照电子眼拍照,则则红灯亮时红灯亮时()A.A.车轮停在感应线上时车轮停在感应线上时,电阻电阻R R上有恒定电流上有恒定电流B.B.车轮经过感应线的过程中车轮经过感应线的

15、过程中,电容器先充电后放电电容器先充电后放电C.C.车轮经过感应线的过程中车轮经过感应线的过程中,电阻电阻R R上的电流先增大后减小上的电流先增大后减小D.D.汽车前轮刚越过感应线汽车前轮刚越过感应线,又倒回到线内又倒回到线内,仍会被电子眼拍照仍会被电子眼拍照BD BD 解解析析:车车轮轮停停在在感感应应线线上上时时,压压力力不不变变,则则电电压压不不变变,电电容容器器不不充充电电,也也不不放放电电,电电阻阻R R上上没没有有电电流流,选选项项A A错错误误;由由(乙乙)图图可可知知,当当车车轮轮经经过过时时电电流流先先增增大大后后减减小小,然然后后再再反反向向增增大大减减小小;因因电电压压是

16、是在在受受压压时时产产生生的的,故故说说明明电电容容器器先先充充电电后后放放电电,选选项项B B正正确确,C,C错错误误;若若汽汽车车前前轮轮越越过过感感应应线线,又又倒倒回回线线内内,则则前前轮轮两两次次压压线线,仍仍形形成成两两个个脉脉冲冲电电流流,符符合合拍拍照照条条件件,选选项项D D正确正确.2.(2.(20162016福建三明模拟福建三明模拟)热敏电阻包括正温度系数电阻器热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)(PTC)和负温和负温度系数电阻器度系数电阻器(NTC),(NTC),正温度系数电阻器正温度系数电阻器(PTC)(PTC)在温度升高时电阻值增大在温度升高时电阻值增大,负温度系

17、数电阻器负温度系数电阻器(NTC)(NTC)在温度升高时电阻值减小在温度升高时电阻值减小.某实验小组欲探究通某实验小组欲探究通过热敏电阻过热敏电阻R R1 1(常温下阻值约为常温下阻值约为10)10)的电流随其两端电压变化的特点的电流随其两端电压变化的特点,现提供下列器材现提供下列器材:A.A.电流表电流表A A1 1(量程量程100 100 mAmA,内阻约内阻约1)1)B.B.电流表电流表A A2 2(量程量程1.0 A,1.0 A,内阻约内阻约0.3)0.3)C.C.电压表电压表V V1 1(量程量程3.0 V,3.0 V,内阻约内阻约3 3 kk)D.D.电压表电压表V V2 2(量程

18、量程10.0 V,10.0 V,内阻约内阻约10 10 kk)E.E.滑动变阻器滑动变阻器R(R(最大阻值为最大阻值为10 10 kk)F.F.电源电源E(E(电动势电动势15 V,15 V,内阻忽略内阻忽略)G.G.开关开关,导线若干导线若干(1)(1)该小组测出热敏电阻该小组测出热敏电阻R R1 1的的U U-I I图线如图线如(甲甲)图曲线图曲线所示所示,该热敏电阻是该热敏电阻是(填填“PTC”PTC”或或“NTC”)NTC”)热敏电阻热敏电阻(2)(2)请在所提供的器材中选择必需的器材请在所提供的器材中选择必需的器材,电流表应选电流表应选,电压表电压表应选应选(填写器材前面的字母填写器

19、材前面的字母););并在虚线框内画出该小组设计的并在虚线框内画出该小组设计的电路图电路图.解析解析:(1)(1)(甲甲)图曲线图曲线所示的热敏电阻阻值随电流的增大所示的热敏电阻阻值随电流的增大(即温度的即温度的升高升高)而增大而增大,是正温度系数电阻器是正温度系数电阻器(PTC).(PTC).(2)(2)由由U U-I I图线可知图线可知,电流表应选电流表应选B,B,电压表应选电压表应选D,D,由于热敏电阻阻值较由于热敏电阻阻值较小小,电流表应外接电流表应外接,滑动变阻器采用分压式接法滑动变阻器采用分压式接法,电路图如图所示电路图如图所示.答案答案:(1)PTC(1)PTC(2)B(2)BD

20、D电路图见解析电路图见解析(3)(3)该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R R2 2的的U U-I I图线如图线如(甲甲)图曲线图曲线所示所示.然后将热敏电阻然后将热敏电阻R R1 1,R,R2 2分别与某电池组连成如图分别与某电池组连成如图(乙乙)所示电路所示电路.测测得通过得通过R R1 1和和R R2 2的电流分别为的电流分别为0.30 A0.30 A和和0.60 A,0.60 A,则该电池组的电动势为则该电池组的电动势为V.(V.(结果保留三位有效数字结果保留三位有效数字)答案答案:(3)10.0(3)10.0解解析析:(3)(3)在在热热敏敏电电阻阻

21、的的伏伏安安特特性性曲曲线线上上过过通通过过R R1 1和和R R2 2的的电电流流分分别别为为0.30 0.30 A A和和0.60 0.60 A A的的两两点点作作直直线线,该该直直线线在在纵纵轴轴的的截截距距表表示示该该电电池池组组的的电动势电动势,为为10.0 V.10.0 V.3.(3.(20162016江西临川模拟江西临川模拟)广泛广泛应应用于室内空用于室内空调调、电电冰箱和微波炉等家冰箱和微波炉等家用用电电器中的温度器中的温度传传感器感器,是利用是利用热热敏敏电电阻的阻阻的阻值值随温度随温度变变化而化而变变化的化的特性工作的特性工作的.在在图图(甲甲)中中,电电源的源的电动势电动

22、势E=9.0 V,E=9.0 V,内内电电阻可忽略阻可忽略;G;G为为内内阻不阻不计计的灵敏的灵敏电电流表流表;R;R0 0为为保保护电护电阻阻;R;R为热为热敏敏电电阻阻,其其电电阻阻值值与温度与温度变变化关系如化关系如图图(乙乙)的的R R-t t图图像所示像所示.则热则热敏敏电电阻阻R R与与摄摄氏温度氏温度t t的关系的关系为为R=R=;闭闭合开关合开关S,S,当当R R的温度等于的温度等于40 40 时时,电电流表示数流表示数I I1 1=2.25=2.25 mAmA,则则当当电电流流表的示数表的示数I I2 2=3.6=3.6 mAmA时时,热热敏敏电电阻阻R R的温度是的温度是.

23、答案答案:-1.875-1.8751010-2-2t+4.25t+4.251201204.(4.(20162016全国全国卷卷,23,23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求要求当热敏电阻的温度达到或超过当热敏电阻的温度达到或超过60 60 时时,系统报警系统报警.提供的器材有提供的器材有:热敏电热敏电阻、报警器阻、报警器(内阻很小内阻很小,流过的电流超过流过的电流超过I Ic c时就会报警时就会报警),),电阻箱电阻箱(最大阻值最大阻值为为999.9),999.9),直流电源直流电源(输出电压为输出电压为U,U,内阻不计内阻不计),),滑动变阻器滑

24、动变阻器R R1 1(最大阻最大阻值为值为1 000),1 000),滑动变阻器滑动变阻器R R2 2(最大阻值为最大阻值为2 000),2 000),单刀双掷开关一个单刀双掷开关一个,导线若干导线若干.在室温下对系统进行调节在室温下对系统进行调节,已知已知U U约为约为18 18 V,IV,Ic c约为约为10 10 mAmA;流过报警器的电流过报警器的电流超过流超过20 20 mAmA时时,报警器可能损坏报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在在60 60 时阻值为时阻值为650.0.650.0.(1)(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线完

25、成待调节的报警系统原理电路图的连线.解析解析:(1)(1)报警系统电路连线如图所示报警系统电路连线如图所示.答案答案:(1)(1)见解析见解析(2)(2)电路中应选用滑动变阻器电路中应选用滑动变阻器 (填填“R R1 1”或或“R R2 2”).”).(3)(3)按照下列步骤调节此报警系统按照下列步骤调节此报警系统:电路接通前电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求根据实验要求,这一阻值为这一阻值为;滑动变阻器的滑片应置于滑动变阻器的滑片应置于(填填“a”a”或或“b”)b”)端附近端附近,不能置于另一不能置于另一端的原因是端的原因是 .将开关向将开关向

26、(填填“c”c”或或“d”)d”)端闭合端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至直至 .(4)(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合将开关向另一端闭合,报警系统即可正常报警系统即可正常使用使用.(3)(3)电电路路接接通通前前,电电阻阻箱箱电电阻阻应应与与热热敏敏电电阻阻的的临临界界阻阻值值一一致致,即即为为650.0 650.0,滑滑动动变变阻阻器器滑滑片片应应置置于于b b端端附附近近,若若滑滑片片置置于于a a端端,电电路路接接通通后后电电流流会会超超过过20 20 mAmA,报报警器可能损坏警器可能损坏.将开关向将开关向c c端闭合端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片缓慢移动滑动变阻器的滑片,使报警器开始报警使报警器开始报警.答案答案:(2)R(2)R2 2(3)650.0(3)650.0b b接通电源后接通电源后,流过报警器的电流会超过流过报警器的电流会超过20 20 mAmA,报报警器可能损坏警器可能损坏 c c报警器开始报警报警器开始报警