[名校联盟]重庆市万州分水中学高考物理一轮复习指导课件:第10章 第3讲 实验:传感器的简单使用_图文

第十章

恒定电流

第三讲

实验:传感器的简单使用

? 一、实验目的 ? 1.探究热敏电阻、光敏电阻的特性,了解传 感器的工作原理. ? 2.了解传感器在技术上的应用. ? 二、实验原理 ? 1.传感器的作用 ? 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).
Zxx k Zxx k

? 2.传感器的工作过程 ? 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测量的信号.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达到方便检测、自动控制、 遥控等各种目的.传感器工作的原理可用下图 表示:

? 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、小电珠、学生电源、光电计 数器、滑动变阻器、开关、导线、光源等.

? 四、实验步骤 ? 1.研究热敏电阻的热敏特性 ? (1)将热敏电阻与多用电表接成电路,如图 所示.

? (2)把多用电表置于“欧姆”挡,并选择适当 的量程测出烧杯中没有热水时热敏电阻的阻值, 并记下温度计的示数. ? (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.
Z xx k

? 2.研究光敏电阻的光敏特性 ? (1)将光敏电阻、多用电表、小电珠、滑动 变阻器、开关、学生电源按如图所示电路 连接好,其中多用电表置于“×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. ? (3)打开电源,让小电珠发光,调节小电珠的 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)测出用手掌(或黑纸)遮光时电阻的阻值,并 记录.

? 五、数据处理 ? 1.研究热敏电阻的热敏特性 ? (1)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 待测量 温度(℃) 电阻(Ω)

? (2)在如图所示坐标系中,粗略画出热敏电阻 的阻值随温度变化的图象.

? (3)根据实验数据和R-t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.

? 2.研究光敏电阻的光敏特性 ? (1)把记录的结果填入下表中:
光照强度 阻值(Ω) 自然光照射 弱 中 强

? (2)根据记录的数据分析光敏电阻的特性,得 出结论:光敏电阻被光照射时其阻值发生变化, 光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大.

? 六、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照强度. ? 3.欧姆表每次换挡后都要重新调零.
Zx x k

? 七、实验改进 ? 对于热敏电阻的特性,可用下面的实验 进行探究: ? 1.实验装置:如图所示,RT为热敏电阻, 多用电表调至欧姆挡.

? 2.实验步骤 ? (1)按如图连接电路,将多用电表的选择开关 置于“欧姆”挡,并让其两支表笔与负温度系 数的热敏电阻RT的两端相连,这时表针指在某 一刻度. ? (2)往热敏电阻RT上擦一些酒精,观察表针的 偏转. ? (3)用吹风机将热风吹向热敏电阻RT,观察表 针的偏转.

? 3.实验现象及结论 ? (1)步骤(2)中表针左偏,说明热敏电阻RT的阻 值变大,酒精蒸发吸热,温度降低,所以热敏 电阻的阻值随温度的降低而增大. ? (2)步骤(3)中表针右偏,说明热敏电阻RT的阻 值变小,热敏电阻的阻值随温度的升高而减 小.

?

利用负温度系数热敏电阻制作的热传 感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围 内的温度变化,反应快,而且精确度高. ? (1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流 表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变, 只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电 流将变______.(选填“大”或“小”)
Zxx k

? (2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻 度换成相应的温度刻度,就能直接显示出 热敏电阻附近的温度.如果刻度盘正中的 温度为20℃(如图甲),则25℃的刻度应在 20℃的刻度的______(选填“左”或“右”) 侧.

? (3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测 大棚内温度变化,请用图乙中的器材(可增加 元器件)设计一个电路. ? 解析:(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低 时,电阻增大.故电路中电流会减小. ? (2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大, 25℃的刻度应对应较大电流,故在20℃的刻度 的右侧.

? (3)如图所示

? 答案:(1)小 (2)右 (3)见解析

?

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: 1.0 1.2 0.2 0.4 0.6 0.8 照度(lx)
电阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18

? (1)根据表中数据,请在图甲给定的坐标系 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.

图甲

? (2)如图乙所示,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.

图乙

(不考虑控制开关对所设计电路的影响) 光敏电阻 RP(符号 ,阻值见上表)

提供的器材如下: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)根据图表中的数据,在坐标纸上 描点连线,得到如图所示的变化曲线.

? 阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随光 照强度的增大非线性减小 . ? (2)因天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系 统,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,故应加上一个分压电 阻,分压电阻阻值为10 kΩ,即选用R1;此电 路的原理图如图所示.

? 答案:(1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线 见规范解答 ? 特点:光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线 性减小 ? (2)电路原理图见规范解答
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