实验十二　传感器的简单使用.ppt

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核心探究核心探究实验基础实验基础 解读实验解读实验萃取精华萃取精华一、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.在做热敏电阻实验时在做热敏电阻实验时,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,以使电阻温以使电阻温度与水的温度相同度与水的温度相同,并同时读出水温并同时读出水温.2.2.在做光敏电阻实验时在做光敏电阻实验时,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可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中纸盒中,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.核心探究核心探究 通法悟道通法悟道拓宽思路拓宽思路探究点一基础性实验探究点一基础性实验【典例典例1 1】(2018(2018福建龙岩模拟福建龙岩模拟)某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性.现有器材现有器材:直流恒流电源直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等.(1)(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在如图请你在如图(甲甲)所示所示的实物图上连线的实物图上连线.解析解析:(1)(1)直流恒流电源在正常工作状态下输出的电流恒定直流恒流电源在正常工作状态下输出的电流恒定,故只需要将电压故只需要将电压表与电阻并联测量出电压即可表与电阻并联测量出电压即可,实物图连线如图实物图连线如图.答案答案:(1)(1)见解析见解析(2)(2)实验的主要步骤实验的主要步骤:正确连接电路正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水在保温容器中注入适量冷水,接通电源接通电源,调节并记录电源输出调节并记录电源输出的电流值的电流值;在保温容器中添加少量热水在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后待温度稳定后,闭合开关闭合开关,断断开开关开开关;重复第重复第步操作若干次步操作若干次,测得多组数据测得多组数据.解析解析:(2)(2)本实验要测量电阻值和温度值的关系本实验要测量电阻值和温度值的关系.电阻要用欧姆定律计算电阻要用欧姆定律计算,由由于电流恒定且已知于电流恒定且已知,故需测量电压和温度故需测量电压和温度.答案答案:(2)(2)记录电压表电压值温度计示数记录电压表电压值温度计示数(3)(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘得如图并据此绘得如图(乙乙)所示所示的的R-tR-t关系图线关系图线,请根据图线写出该热敏电阻的请根据图线写出该热敏电阻的R-tR-t关系式关系式R=R=+t t().().(保留三位有效数字保留三位有效数字)解析解析:(3)(3)从图中取相距较远的两个特殊点从图中取相距较远的两个特殊点,代入代入R=RR=R0 0+kt+kt计算计算,有有120=R120=R0 0+50k+50k104=R104=R0 0+10k+10k解得解得R R0 0=100=100,k,k=0.400=0.400故该热敏电阻的故该热敏电阻的R-tR-t关系式为关系式为R=100+0.400t.R=100+0.400t.答案答案:(3)100(3)1000.4000.400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、实验数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结果要充分利用好实验得到的数据获得实验结果.(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,最最后一定要进行检查后一定要进行检查.【针对训练针对训练】(2018(2018江苏南通模拟江苏南通模拟)()(多选多选)如图所示为光敏电阻自动计数器如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图的示意图,图中虚线表示激光图中虚线表示激光,圆柱体表示随传送带运动的货物圆柱体表示随传送带运动的货物,其中其中R R1 1为光敏为光敏电阻电阻,R,R2 2为定值电阻为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是此光电计数器的基本工作原理是()A.A.当光照射当光照射R R1 1时时,信号处理系统获得高电压信号处理系统获得高电压B.B.当光照射当光照射R R1 1时时,信号处理系统获得低电压信号处理系统获得低电压C.C.信号处理系统每获一次低电压就计数一次信号处理系统每获一次低电压就计数一次D.D.信号处理系统每获一次高电压就计数一次信号处理系统每获一次高电压就计数一次BDBD解析解析:激光照在光敏电阻激光照在光敏电阻R R1 1上上,信号处理系统与信号处理系统与R R1 1并联并联,其电压就是其电压就是R R1 1两端的电压两端的电压,当货物挡光时当货物挡光时R R1 1阻值大阻值大,电压高电压高,货物挡光一次货物挡光一次,就计数就计数(货物的个数货物的个数)一次一次,所以所以B,DB,D正确正确,A,C,A,C错误错误.【教师备用教师备用】(2018(2018湖北咸宁模拟湖北咸宁模拟)一些材料的电阻随温度的升高而变化一些材料的电阻随温度的升高而变化.如如图图(甲甲)是由某金属材料制成的电阻是由某金属材料制成的电阻R R随温度随温度t t变化的图像变化的图像,若用该电阻与电池若用该电阻与电池(电动势电动势E=1.5 V,E=1.5 V,内阻不计内阻不计)、电流表、电流表(量程为量程为5 5 mAmA,内阻不计内阻不计)、电阻箱、电阻箱RR串串联起来联起来,连接成如图连接成如图(乙乙)所示的电路所示的电路,用该电阻做测温探头用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的就得到了一个简单的“金属电阻温度计金属电阻温度计”.(1)(1)电流刻度较大处对应的温度刻度电流刻度较大处对应的温度刻度 (选填选填“较大较大”或或“较小较小”););(2)(2)若电阻箱阻值若电阻箱阻值R=150,R=150,当电流为当电流为5 5 mAmA时对应的温度数值为时对应的温度数值为 .解解析析:(1)(1)由由题题图图(甲甲)可可知知,温温度度升升高高,电电阻阻阻阻值值增增大大,电电路路中中电电流流减减小小,因因此此电流刻度较大处对应的温度刻度较小电流刻度较大处对应的温度刻度较小.(2)(2)电电流流为为5 5 mAmA时时,电电路路总总电电阻阻为为300 300,电电阻阻箱箱阻阻值值R=150 R=150,则则R=R=150,150,由题图由题图(甲甲)得对应的温度为得对应的温度为50.50.答案答案:(1)(1)较小较小(2)50(2)50探究点二创新性实验探究点二创新性实验高考创新实验例析高考创新实验例析【典典例例2 2】(2017(2017江江苏苏卷卷,11),11)某某同同学学通通过过实实验验制制作作一一个个简简易易的的温温控控装装置置,实实验验原原理理电电路路图图如如图图(甲甲)所所示示,继继电电器器与与热热敏敏电电阻阻R Rt t、滑滑动动变变阻阻器器R R串串联联接接在在电电源源E E两两端端,当当继继电电器器的的电电流流超超过过15 15 mAmA时时,衔衔铁铁被被吸吸合合,加加热热器器停停止止加加热热,实实现现温温控控.继电器的电阻约为继电器的电阻约为20,20,热敏电阻的阻值热敏电阻的阻值R Rt t与温度与温度t t的关系如下表所示的关系如下表所示t/t/t/t/30.030.030.030.040.040.040.040.050.050.050.050.060.060.060.060.070.070.070.070.080.080.080.080.0R R R Rt t t t/199.5199.5199.5199.5145.4145.4145.4145.4108.1108.1108.1108.181.881.881.881.862.962.962.962.949.149.149.149.1(1)(1)提供的实验器材有提供的实验器材有:电源电源E E1 1(3 V,(3 V,内阻不计内阻不计)、电源、电源E E2 2(6 V,(6 V,内阻不计内阻不计)、滑、滑动变阻器动变阻器R R1 1(0(0200)200)、滑动变阻器、滑动变阻器R R2 2(0(0500)500)、热敏电阻、热敏电阻R Rt t、继电器、继电器、电阻箱电阻箱(0(0999.9)999.9)、开关、开关S S、导线若干、导线若干.为使该装置实现对为使该装置实现对303080 80 之间任一温度的控制之间任一温度的控制,电源电源E E应选用应选用(选填选填“E E1 1”或或“E E2 2”),”),滑动变阻器滑动变阻器R R应选用应选用 (选填选填“R R1 1”或或“R R2 2”).”).答案答案:(1)E(1)E2 2R R2 2(2)(2)实验发现电路不工作实验发现电路不工作.某同学为排查电路故障某同学为排查电路故障,用多用电表测量各接点用多用电表测量各接点间的电压间的电压,则应将如图则应将如图(乙乙)所示的选择开关旋至所示的选择开关旋至 (选填选填“A A”“”“B B”“C C”或或“D D”).).(3)(3)合上开关合上开关S,S,用调节好的多用电表进行排查用调节好的多用电表进行排查,在图在图(甲甲)中中,若只有若只有b,cb,c间断间断路路,则应发现表笔接入则应发现表笔接入a,ba,b时指针时指针(选填选填“偏转偏转”或或“不偏转不偏转”),),接入接入a,ca,c时指针时指针 (选填选填“偏转偏转”或或“不偏转不偏转”).).解析解析:(2)(2)要用多用电表的直流电压挡检测故障要用多用电表的直流电压挡检测故障,应将选择开关旋至应将选择开关旋至C.(3)C.(3)如如果只有果只有b,cb,c间断路间断路,说明说明b b点与电源的负极间没有形成通路点与电源的负极间没有形成通路,a,ba,b间的电压为间的电压为零零,电表接在电表接在a,ba,b间时间时,指针不偏转指针不偏转;c;c点与电源的负极间形成通路点与电源的负极间形成通路,a,a与电源与电源的正极相通的正极相通,a,ca,c间有电压间有电压,因此两表接入因此两表接入a,ca,c间时指针发生偏转间时指针发生偏转.答案答案:(2)C (3)(2)C (3)不偏转偏转不偏转偏转(4)(4)排除故障后排除故障后,欲使衔铁在热敏电阻为欲使衔铁在热敏电阻为50 50 时被吸合时被吸合,下列操作步骤正确顺下列操作步骤正确顺序是序是 .(.(填写各步骤前的序号填写各步骤前的序号)将热敏电阻接入电路将热敏电阻接入电路观察到继电器的衔铁被吸合观察到继电器的衔铁被吸合断开开关断开开关,将电阻箱从电路中移除将电阻箱从电路中移除合上开关合上开关,调节滑动变阻器的阻值调节滑动变阻器的阻值断开开关断开开关,用电阻箱替换热敏电阻用电阻箱替换热敏电阻,将阻值调至将阻值调至108.1 108.1 解解析析:(4)(4)排排除除故故障障后后,欲欲使使衔衔铁铁在在热热敏敏电电阻阻为为 50 50 时时被被吸吸合合,应应先先断断开开开开关关,用用电电阻阻箱箱替替换换热热敏敏电电阻阻,并并将将阻阻值值调调至至108.1 108.1,合合上上开开关关,调调节节滑滑动动变变阻阻器器的的阻阻值值,直直至至观观察察到到继继电电器器的的衔衔铁铁被被吸吸合合,这这时时断断开开开开关关,将将电电阻阻箱箱从从电电路路中中移移除除,将将热热敏敏电电阻阻接接入入电电路路.因因此此操操作作步步骤骤的的正正确确顺顺序序是是.解析解析:(4)(4)【创新创新/改进点分析改进点分析】1.1.考查方式的创新考查方式的创新:不再研究热敏电阻的特性不再研究热敏电阻的特性,而是利用热敏电阻的特性将而是利用热敏电阻的特性将热敏电阻与继电器组成温度控制装置热敏电阻与继电器组成温度控制装置,来考查传感器的原理、多用电表的使来考查传感器的原理、多用电表的使用等用等.2.2.设问方式的创新设问方式的创新:利用多用电表的电压挡利用多用电表的电压挡,进行电路的故障排查进行电路的故障排查.【典例典例3 3】(2016(2016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现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统统,要求当热敏电阻的温度达到或超过要求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:热敏电阻、报警器热敏电阻、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(最大最大阻值为阻值为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),),滑动变阻器滑动变阻器R R1 1(最大最大阻值为阻值为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;流过报警器的电流流过报警器的电流超过超过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”).”).答案答案:(2)R(2)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 ;滑动变阻器滑动变阻器的滑片应置于的滑片应置于(填填“a a”或或“b b”)端附近端附近,不能置于另一端的原因是不能置于另一端的原因是 .将开关向将开关向 (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,报警系统即可正常使用报警系统即可正常使用.解析解析:(3)(3)电路接通前电路接通前,电阻箱电阻应与热敏电阻的临界阻值一致电阻箱电阻应与热敏电阻的临界阻值一致,即为即为650.0,650.0,滑动变阻滑动变阻器滑片应置于器滑片应置于b b端附近端附近,若滑片置于若滑片置于a a端端,电路接通后电流会超过电路接通后电流会超过20 mA,20 mA,报警器可能损坏报警器可能损坏.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:(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,报警器可能损坏报警器可能损坏c c报警器开始报警报警器开始报警【创新创新/改进点分析改进点分析】1.1.考查方式的创新考查方式的创新:利用热敏电阻的特性利用热敏电阻的特性,组成由热敏电阻控制的报警系统组成由热敏电阻控制的报警系统,考查实物电路图的连接、器材选取、实验步骤等考查实物电路图的连接、器材选取、实验步骤等.2.2.实验原理的改进实验原理的改进:用电阻箱来等效替代具体温度下的热敏电阻用电阻箱来等效替代具体温度下的热敏电阻.模拟创新实验冲关模拟创新实验冲关1.1.为了节能和环保为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采光控开关可采用光敏电阻来控制用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可照度可以反映光的强弱以反映光的强弱,光越强照度越大光越强照度越大,照度单位为照度单位为lx).lx).某光敏电阻某光敏电阻R Rosos在不同照度在不同照度下的阻值如表下的阻值如表:照度照度照度照度(lx)(lx)(lx)(lx)0.20.20.20.20.40.40.40.40.60.60.60.60.80.80.80.81.01.01.01.01.21.21.21.2光敏光敏光敏光敏电电电电阻阻阻阻(kkkk)757575754040404028282828232323232020202018181818(1)(1)根据表中数据根据表中数据,请在图请在图(甲甲)的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的的坐标系中描绘出光敏电阻阻值随照度变化的曲线曲线,并说明阻值随照度变化的特点并说明阻值随照度变化的特点.思路点拨思路点拨:(1)(1)当照度降低到当照度降低到1.0 lx1.0 lx时时,光敏电阻的阻值为光敏电阻的阻值为20 20 kk.解析解析:(1)(1)描绘图像应注意描绘图像应注意:图线应用平滑曲线图线应用平滑曲线,而不能画成各点的连线而不能画成各点的连线,光光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图(a)(a)所示所示,光敏电阻的阻值随光照光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小度的增大非线性减小.答案答案:见解析见解析(2)(2)如图如图(乙乙)所示所示,当当1,21,2两端所加电压上升至两端所加电压上升至2 V2 V时时,控制开关自动启动照明控制开关自动启动照明系统系统.请利用下列器材设计一个简单电路请利用下列器材设计一个简单电路,给给1,21,2两端提供电压两端提供电压,要求当天色渐要求当天色渐暗照度降低至暗照度降低至1.0 lx1.0 lx时启动照明系统时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图在虚线框内完成电路原理图.(.(不考虑不考虑控制开关对所设计电路的影响控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下提供的器材如下:光敏电阻光敏电阻R Rosos(符号符号 ,阻值见上表阻值见上表););直流电源直流电源E(E(电动势电动势3 V,3 V,内阻不计内阻不计););定值电阻定值电阻:R:R1 1=10 k,R=10 k,R2 2=20 k,R=20 k,R3 3=40=40 kk(限选其中之一并在图中标出限选其中之一并在图中标出););开关开关S S及导线若干及导线若干.思路点拨思路点拨:(2)(2)依据串联电路的分压原理依据串联电路的分压原理,串联一个合适的分压电阻使光敏电串联一个合适的分压电阻使光敏电阻两端的电压达到阻两端的电压达到2 V.2 V.答案答案:见解析见解析【创新创新/改进点分析改进点分析】1.1.数据处理的改进数据处理的改进:利用给定的光敏电阻阻值随照度变化的图表描绘出曲线利用给定的光敏电阻阻值随照度变化的图表描绘出曲线进行数据分析进行数据分析.2.2.设问方式的创新设问方式的创新:根据研究光敏电阻的阻值随光照强度变化情况设计如何根据研究光敏电阻的阻值随光照强度变化情况设计如何利用光敏电阻控制电路利用光敏电阻控制电路.2.2.(2018(2018湖北黄石模拟湖北黄石模拟)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等等.如图如图(甲甲)所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-IU-I关系图线关系图线.(1)(1)实验室提供的器材有实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(A(阻值范围阻值范围0 010)10)、滑动变阻器、滑动变阻器B(B(阻值范围阻值范围0 0100)100)、电动势为、电动势为6 V6 V的电源的电源(不计不计内阻内阻)、小灯泡、开关、导线若干、小灯泡、开关、导线若干.该同学做实验时该同学做实验时,滑动变阻器选用的是滑动变阻器选用的是(选填选填“A”A”或或“B”);B”);请在图请在图(乙乙)的方框中画出该实验的电路图的方框中画出该实验的电路图.解析解析:(1)(1)为方便实验操作为方便实验操作,滑动变阻器可以选滑动变阻器可以选A;A;小灯泡电阻较小小灯泡电阻较小,电流传感电流传感器应采用外接法器应采用外接法,描绘小灯泡伏安特性曲线描绘小灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化电压与电流应从零开始变化,滑滑动变阻器应采用分压接法动变阻器应采用分压接法,如图如图(a)(a)所示所示.答案答案:(1)A(1)A实验电路图见解析实验电路图见解析(2)(2)如果将该小灯泡接入图如果将该小灯泡接入图(丙丙)所示的电路中所示的电路中,已知电流传感器的示数为已知电流传感器的示数为0.3 0.3 A,A,电源电动势为电源电动势为3 V.3 V.则此时小灯泡的电功率为则此时小灯泡的电功率为W,W,电源的内阻为电源的内阻为.答案答案:(2)0.69(0.66(2)0.69(0.660.720.72均可均可)2.33(2.002.33(2.002.672.67均可均可)【创新创新/改进点分析改进点分析】1.1.实验器材的改进实验器材的改进:用电压传感器、电流传感器替代电压表和电流表用电压传感器、电流传感器替代电压表和电流表.2.2.数据处理的改进数据处理的改进:联立灯泡的伏安特性曲线和电源的伏安特性曲线求解联立灯泡的伏安特性曲线和电源的伏安特性曲线求解.3.3.考查方式的创新考查方式的创新:设计了同一个电路既考查了小灯泡的伏安特性曲线又设计了同一个电路既考查了小灯泡的伏安特性曲线又考查了测电源的电动势和内阻考查了测电源的电动势和内阻.点击进入点击进入 综合检测综合检测