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、实验原理传感器是能将所感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件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以达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的了三、实验器材热敏电阻、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、导线等四、实验操作1研究热敏电阻的热敏特性(1)按如图实111所示连接好电路，将热敏电阻绝缘处理(2)把多用电表置于“欧姆档”，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图实111(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(5)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.次数待测测量 温度()电电阻()(6)在如图实112所示的坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线结论：根据实验数据和Rt图线可知，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图实1122研究光敏电阻的光敏特性(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图实113所示电路连接好，其中多用电表置于“100”档；(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)遮光时电阻值又是什么？并记录图实113(5)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.光照强度弱中强无光照射阻值值()结论：光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小五、注意事项1在做热敏电阻实验时，加热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在光敏电阻实验中，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射到光敏电阻上的光的多少3欧姆表每次换档后都要重新调零(2009山东高考)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)0.20.40.60.81.01.2电电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中(图实114)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114(2)如图实115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115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：R110 k，R220 k，R340 k(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干解析 (1)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值随光照度变化的曲线如图实116所示图线为曲线，电阻与照度成非线性变化关系图实116(2)根据串联电阻的正比分压关系，E3 V，当照度降低至1.0 lx时，其电压升至2 V，由图线知，此时光敏电阻RP20 k，URP2 V，串联电阻分压UR1 V，由 2得：R 10 k，故选定值电阻R1.电路原理如图实117所示图实117答案 (1)如图实116所示光敏电阻的阻值随光照度变化特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小(2)如图实117所示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实118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1107 Pa，且已知图实118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，取g10 m/s2.请回答：压压力F/N0250 500 750 1000 1250 1500 电电阻R/300 270 240 210180150120(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘_A处(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，这个人的体重是_kg.解析 本题是传感器的应用问题，考查学生的实验与探究能力(1)由图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R300 ，此时A中电流I A1.6102 A.(2)当电流I20 mA20103 A时，压力传感器的电阻R 240 ，对应表格中，这个人的质量为50 kg.答案 (1)1.6102 (2)50一、实验目的测定玻璃的折射率二、实验原理用插针法确定入射角和折射角，根据n 计算玻璃的折射率三、实验器材两面平行的玻璃砖、白纸、木板、大头针、量角器、刻度尺、铅笔、图钉四、实验操作1实验步骤(1)如图实131所示，用图钉把白纸固定在木板上(2)在白纸上画一条直线aa，并取aa上的一点O为入射点，作过O的法线NN.(3)画出直线AO作为入射光线，并在AO上插上P1、P2两枚大头针(4)在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与直线aa对齐，并画出另一条长边的对齐线bb.图实131(5)通过玻璃砖观察并调整视线方向，使P1的像被P2挡住，然后在观察一侧插上大头针P3，使P3同时挡住P2、P1的像，再插上P4挡住P3及P2、P1的像(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线OB及出射点O，连接O、O得线段OO，则OO即玻璃砖内的折射光线(7)用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1和sin2.(8)改变入射角，重复实验记录下每次的入射角1和折射角2.2数据处理(1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2，并查出其正弦值sin1和sin2.算出不同入射角时的 ，并取平均值(2)作sin1sin2图象：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin1sin2图象，由n可知图象应为直线，如图实 132所示，其斜率为折射率图实 132(3)“单位圆”法确定sin1、sin2，计算折射率n.以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO于E点，过E作NN的垂线EH，过E作NN的垂线EH.如图实133所示， OEOER，则 只要用刻度尺量出 EH、EH的长度就可以求出n.图实 133五、注意事项1玻璃砖宜选宽度大些的，实验中玻璃砖的位置不要移动用手拿玻璃砖时，只能接触玻璃砖的毛面或棱，严禁用玻璃砖当尺子画界面2大头针应竖直插入，两大头针间距离宜大些3所选入射角不应过大，否则在另一侧看不清P1、P2的像；也不应过小，否则测量误差较大4用半圆形玻璃砖、三棱镜也能完成此项实验5由于要多次改变入射角重复实验，所以入射光线与出射光线要一一对应六、误差分析1入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针的间距应大一些2入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差(1)在用插针法测定玻璃的折射率的实验中，某同学的操作步骤如下：a用图钉将记录光路的白纸固定在平板上；b手拿玻璃砖的毛面或棱，将其轻放在白纸上；c用铅笔环绕玻璃砖画出边界aa和bb；d在aa上选择一点O作为不同入射角的入射光线的共同入射点，画出入射角i分别为0、30、45的入射光线；e用“插针法”分别得到各条入射光线对应的出射光线，观察时着重看大头针针帽是否在一条直线上，取下玻璃砖、大头针，连接各针孔，发现所画折射光线中有两条相交，量出各个折射角r；f按公式分别计算 取三个值的算术平均值以上步骤中有错误或不妥之处的是_；应改正为_.(2)在用插针法测定玻璃砖的折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图实 134甲、乙和丙所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖他们的其他操作均正确，且均以aa、bb为界面画光路图则：图实 134甲同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”、“偏小”或“不变”)；乙同学测得的折射率与真实值相比_(填“偏大”、“偏小”或“不变”)；丙同学测得的折射率与真实值相比_解析 (1)有错误或不妥之处的是cde.c中应先画出一条直线，把玻璃砖的一边与其重合，再使直尺与玻璃砖的界面对齐，移开玻璃砖后再画边界线；d中入射角要取0以外的三组数据；e中大头针要竖直插牢，观察时看针脚是否在同一条直线上(2)如图实135所示，甲同学利用插针法确定入射光线和折射光线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实值偏大，因此测得的折射率偏小乙同学虽用的是梯形玻璃砖，但所画边界线与玻璃砖重合，测得的折射率与玻璃砖的形状无关，因此所测得的折射率与真实值相比不变图实135如图实136所示，丙同学用插针法确定的光线的出射点若恰在A点，则测得的折射率不变若在bA之间则偏小，若在bA之间则偏大答案 (1)cde 见解析(2)偏小 不变可能偏小、可能偏大、可能不变图实136学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识设计了一个测量液体折射率的仪器，如图实137所示在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直图实137进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值回答下列问题：(1)若AOF30，OP3与OC的夹角为30，则P3处所对应的折射率的值为_(2)图中P3、P4两位置_处所对应的折射率大(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为_