实验十二 传感器的简单使用,实验基础,热点定位,跟踪训练,实验基础理解落实 夯基础,一、研究热敏电阻的热敏特性,二、研究光敏电阻的光敏特性,注意事项 1.在做热敏实验时,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.,热点定位重点透析 通热点,热点一 温度传感器的应用 【例1】 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻RT,在给定温度范围内,其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将RT和两个适当的定值电阻R1,R2连成图(甲)虚线框内所示的电路,以使该电路的等效电阻RL的阻值随RT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.为了验证这个设计,他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值,测量电路如图(甲)所示,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.,回答下列问题: (1)根据图(甲)所示的电路,在图(乙)所示的实物图上连线.,核心点拨 (1)实物图的连接要注意先串联后并联的顺序.,解析: (1)连线如图(a)所示,答案:(1)见解析,(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系,在图(丙)中作出RL-t关系图线.,核心点拨(2)电表的读数要根据最小刻度确定读数的位数,图(丁)最小刻度为5 mA,因此在本位内估读,电压表的最小刻度为0.1 V,要估读到下一位.,解析:(2)RL-t关系图线如图(b)所示,答案:(2)见解析,(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图(丁)(戊)所示,电流表的读数为 ,电压表的读数为 .此时等效电阻RL的阻值为 ;热敏电阻所处环境的温度约为 .,核心点拨(3)回答热敏电阻的温度时要利用RL-t图像进行读数.,解析：(3)因为电流表的最小刻度为5 mA,故读数时只需要精确到1 mA,所以电流表的读数为115 mA,而电压表的最小刻度为0.1 V,故读数时要估读到0.01 V,所以电压表的读数为5.00 V.等效电阻RL= 43.5 ,结合RL-t图像可知热敏电阻所处环境的温度约为64.0 .,答案:(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 ,方法技巧 解决传感器实验的主要方法 (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、实验数据的处理或根据实验数据画图像. (2)实验电路一般采用滑动变阻器的分压或限流,电流表的内接或外接. (3)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 结果. (4)连接实物图时,一般先将串联的主体电路连接好,然后连接并联的器材,最后一定要进行检查.,【教师备用】 如图,一热敏电阻RT放在控温容器M内;mA为毫安表,量程 6 mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9 ;S为开关.已知RT在95 时的阻值为150 ,在20 时的阻值约为550 .现要求在降温过程中测量在95 20 之间的多个温度下RT的阻值. (1)在图中画出连线,完成实验原理电路图.,解析: (1)根据所给器材,要测量在不同温度下RT的阻值,只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路,如图所示.,答案: (1)见解析,(2)完成下列实验步骤中的填空: a.依照实验原理电路图连线. b.调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 . c.把电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全. d.闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录 . e.将RT的温度降为T1(20 T195 );调节电阻箱,使得电流表的读数 ,记录 . f.温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1= . g.逐步降低T1的数值,直至20 为止;在每一温度下重复步骤e,f.,答案:(2)d.电阻箱的读数R0 e.仍为I0 电阻箱的读数R1 f.R0-R1+150 ,热点二 光电传感器的应用 【例2】 一台臭氧发生器P的电阻为10 k,当供电电压低于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 ,黑暗时为1 000 ,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0100 ,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.,核心点拨 抓住臭氧发生器产生臭氧的光照条件,确定控制器光敏电阻与之连接的方式(串联或并联),由于滑动变阻器的阻值较小,因此滑动变阻器采用分压接法. 解析:臭氧发生器P有光照时能产生臭氧,黑暗时不产生臭氧,而光敏电阻有光照时电阻小,无光照时电阻大,可以利用光敏电阻与之串联,调节电压.由于P需要电压小于电源的电压36 V,而光敏电阻阻值与P的阻值较小,故可将变阻器接成分压式.如图所示. 答案:电路图见解析,规律总结 光敏电阻实验电路的设计 光敏电阻在电路中往往作为控制器来使用,在这种情况下,一定要把控制要求分析清楚,结合光敏电阻的特性,确定光敏电阻与被控制元件之间是串联还是并联关系.,【教师备用】 (多选)如图所示,R1,R2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当照射光强度增大时( ) A.电压表的示数增大 B.R2中电流减小 C.小灯泡的功率增大 D.电路的路端电压增大,解析:当照射光强度增大时,R3阻值减小,外电路电阻随R3的减小而减小,R1两端电压因干路电流增大而增大,电压表的示数增大,同时内电压增大,故电路路端电压减小,A正确,D错误;由路端电压减小,R1两端电压增大知,R2两端电压必减小,则R2中电流减小,故B正确;结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大,则小灯泡的功率增大,故C正确.,ABC,热点三 传感器在实验中的应用 【例3】 (2016江苏连云港质检)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等.如图(甲)所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线.,(1)实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围010 )、滑动变阻器B(0100 )、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时,滑动变阻器选用的是 (选填“A”或“B”);请在图(乙)的方框中画出该实验的电路图. (2)如果将该小灯泡接入图(丙)所示的电路中,已知电流传感器的示数为0.3 A,电源电动势为3 V.则此时小灯泡的电功率为 W,电源的内阻为 .,核心点拨 电流传感器和电压传感器是实验中替代电流表和电压表的传感器,它们在电路中的连接与电流表和电压表一样,即电流传感器串联在电路中,电压传感器并联在被测元件上. 解析: (1)为方便实验操作,滑动变阻器可以选A;小灯泡电阻较小,电流传感器应采用外接法,描绘小灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,如图(a)所示.,答案:(1)A 实验电路图见解析 (2)0.69(0.660.72均可) 2.33(2.002.67均可),方法总结 实验中传感器的特点 实验中的传感器是用来代替其他仪器进行数据采集的,它数据采集准确,为实验数据采用电脑处理提供条件,它们不像电流表和电压表会对电路产生影响,它们的应用对实验系统误差的减小起着重要的作用.其在电路中的连接方式与它替代的仪器连接方式相同.,【教师备用】 (2016山东威海模拟)传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻的阻值随温度变化的图线如图(甲)所示,图(乙)是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原 理图.,(1)为了使温度过高时报警器铃响,开关应接在 (填“a”或“b”)处. (2)若使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向 (填“左”或“右”)移动.,解析:(1)温度升高时,热敏电阻阻值减小,图(乙)中通电螺线管的磁性增强,将与弹簧相连的金属导体向左吸引,要使报警器所在电路接通并报警的话,开关应接在a处.(2)要实现温度更高时,即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通,应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大,即P向左移动. 答案:(1)a (2)左,热点四 实验的创新与改进,新题体验,1.(2016湖北七市协作体联考)材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”,利用这种效应可以测量压力大小.若图(甲)为某压敏电阻在室温下的电阻压力特性曲线,其中RF,R0分别表示有、无压力时压敏电阻的阻值.为了测量压力F,需先测量压敏电阻处于压力中的电阻值RF.请按要求完成下列实验.,(1)设计一个可以测量处于压力中的该压敏电阻阻值的电路,在图(乙)的虚线框内画出实验电路原理图(压敏电阻及所给压力已给出,待测压力大小约为0.41020.8102 N,不考虑压力对电路其他部分的影响),要求误差较小,提供的器材如下: A.压敏电阻,无压力时阻值R0=6 000 B.滑动变阻器R,全电阻阻值约200 C.电流表A,量程2.5 mA,内阻约30 D.电压表V,量程3 V,内阻约3 k E.直流电源E,电动势3 V,内阻很小 F.开关S,导线若干,解析:(1)根据题述对实验电路的要求,应该采用分压式接法,电流表内接的电路,原理图如图所示.,答案:(1)见解析,(2)正确接线后,将压敏电阻置于待测压力下,通过压敏电阻的电流是1.33 mA,电压表的示数如图(丙)所示,则电压表的读数为 V. (3)此时压敏电阻的阻值为 ;结合图(甲)可知待测压力的大小F= N.(计算结果均保留两位有效数字),解析:(2)根据电压表读数规则,电压表读数为2.00 V.,答案:(2)2.00 (3)1.5103 60,2.(2016山东济宁调研)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(PTC热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt=a+kt,a0,k0).设计电路如图所示,并按如下步骤进行操作.,(1)将滑动变阻器滑片P滑到 (填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于 (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P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路.,解析:(1)为了电路的安全滑动变阻器在闭合开关前,应调至a端,将单刀双掷开关S掷于c端,并调节滑动变阻器,使电流表达到满偏;,答案:(1)a c 满偏,(2)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(用题目中给定的符号)I= . (3)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 . (填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀? (填“是” 或“否”).,(3)右 否,跟踪训练即时巩固 测效果,1.(2016华中师大附中适应考试)(多选)电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力,感应线是一个压电薄膜传感器,压电薄膜在受