教育资料第3讲 实验传感器的简单应用 讲义学习精品Word下载.docx
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(2)先用多用电表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。
(5)根据记录数据,分析热敏电阻的特性。
2.研究光敏电阻的光敏特性
(1)将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好,其中多用电表置于“×
1k”挡。
(2)先测出小灯泡不发光时光敏电阻的阻值,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)根据记录数据,分析光敏电阻的特性。
3.将手掌或一个厚纸板插入光源和光电计数器之间,观察、分析光电计数器的工作原理。
微知识5数据处理
根据上面记录的数据,完成以下表格内容。
2.研究光敏电阻的光敏特性
微知识6注意事项
1.热敏电阻、烧杯、温度计容易破损,实验中注意轻拿轻放。
2.光电计数器、小灯泡的额定电压比较小(不超过6V),实验中切忌超过其额定电压损坏器材。
3.烧杯中加水时,要等热敏电阻温度稳定后再测量其阻值。
一、思维辨析(判断正误,正确的画“√”,错误的画“×
”。
)
1.热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(√)
2.金属热电阻的阻值随温度的升高而减小。
(×
3.光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大。
二、对点微练
1.(传感器的原理)(多选)关于传感器的作用,下列说法正确的有( )
A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B.传感器可以用来采集信息
C.传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
D.传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
解析 传感器是将感受到的非电学量转化为电学量的仪器,不同的传感器感受不同的信号,B、C项对。
答案 BC
2.(热敏电阻)如图所示,R1为定值电阻,R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻),L为小灯泡,当温度降低时( )
A.R1两端的电压增大
B.电流表的示数增大
C.小灯泡的亮度变强
D.小灯泡的亮度变弱
解析 温度降低时R2增加,干路电流减小,R1两端电压、电流表示数都减小,灯泡两端电压变大、亮度变强。
答案 C
3.(光敏电阻)街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的( )
A.压敏性 B.光敏性
C.热敏性D.三种特性都利用
解析 街旁的路灯和江海里的航标,都是利用了半导体的光敏性,夜晚电阻大,白天电阻小,控制了电路的通断。
答案 B
见学生用书P178
微考点 1 热敏电阻的原理及应用
核|心|微|讲
金属热电阻和热敏电阻
金属的电阻率随温度的升高而增大,用金属丝可以制作温度传感器,称为热电阻。
与金属不同的是有些半导体的导电能力随温度的升高而增强,故可以用半导体材料制成热敏电阻。
与热敏电阻相比,金属热电阻的化学稳定性好,测温范围大,但灵敏度较差。
典|例|微|探
【例1】 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Rt(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为Rt=a+kt,a>
0,k>
0)。
设计电路图如图所示,并按如下步骤进行操作。
(1)按电路图连接好实验器材。
(2)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。
(3)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I=________(用题目中给定的符号表示)。
(4)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:
低温刻度在________(填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀?
________(填“是”或“否”)。
【解题导思】
(1)滑动变阻器为分压式接法还是限流式接法?
闭合开关前,滑动变阻器连入电路的电阻值是最大还是最小?
答:
滑动变阻器应为限流式接法,闭合开关前,滑动变阻器连入电路的电阻值最大。
(2)低温刻度在表盘的左侧还是右侧?
温度越低,电阻越小,回路中I越大,所以低温度刻度在右侧。
解析
(2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法,所以闭合开关前,使它的阻值处于最大值状态,即将滑片P滑到a端。
为了设计表盘刻度,应使开关掷于c处,调节滑片,使电流表满偏。
(3)把开关置于d端,根据闭合电路欧姆定律得I=
,又Rt=a+kt,联立得出电流与温度的关系式为I=
。
(4)因为Rt=a+kt(且a>
0),所以温度越低,电阻越小,回路中I越大,所以低温度刻度在右侧,由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系,所以刻度线分布不均匀。
答案
(2)a c 满偏 (3)
(4)右 否
题|组|微|练
1.如图所示是在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20kΩ,R2=10kΩ,R3=40kΩ,Rt为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图所示,当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度提高;
当Uab>0时,电压鉴别器使S断开,停止加热,则恒温箱内的温度大约恒定在__________℃,并简述其原理。
解析 当Uab=0时,设通过R1与R2的电流是I1,通过R3及Rt的电流是I2,则有I1R1=I2R3、I1R2=I2Rt,两式相比得Rt=
R3=20kΩ,从图可得,Rt=20kΩ时对应的温度约是35℃。
其原理为当热敏电阻的温度(即恒温箱内的温度)高于35℃时,其电阻将小于20kΩ,则I2将增大,R3两端电压增大,b点电势将降低,使得Uab>0,据题意,此时电压鉴别器使S断开,电热丝停止工作,温度就逐渐降低;
当热敏电阻的温度低于35℃时,其电阻将大于20kΩ,则I2将减小,R3两端电压减小,b点电势将升高,使得Uab<0,据题意,此时电压鉴别器使S闭合,电热丝工作,温度又逐渐升高。
这样,就使得恒温箱内的温度大约恒定在35℃了。
答案 35 原理见解析
2.如图所示,图甲为热敏电阻的R-t图象,图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路,继电器的电阻为100Ω。
当线圈的电流大于或等于20mA时,继电器的衔铁被吸合。
为继电器线圈供电的电池的电动势E=9.0V,内阻不计。
图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。
(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃,可变电阻R′的阻值应调节为________Ω。
解析 恒温箱内的加热器应接在A、B端。
当线圈中的电流较小时,继电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高。
随着恒温箱内温度升高,热敏电阻R的阻值变小,则线圈中的电流变大,当线圈的电流大于或等于20mA时,继电器的衔铁被吸到下方来,则恒温箱加热器与电源断开,加热器停止工作,恒温箱内温度降低。
随着恒温箱内温度降低,热敏电阻R的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈的电流小于20mA时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。
要使恒温箱内的温度保持在50℃,即50℃时线圈内的电流为20mA。
由闭合电路欧姆定律I=
,r为继电器的电阻。
由题图甲可知,50℃时热敏电阻的阻值为90Ω,所以R′=
-(r+R)=260Ω。
答案
(1)A、B端
(2)260
微考点 2 光敏电阻的原理及应用
核|心|微|讲
光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。
【例2】 为了节能环保,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,照度的单位为lx)。
(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表,根据表中已知数据,在如图甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。
由图象可求出照度为1.0lx时的电阻约为________kΩ。
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
5.8
3.7
2.8
2.3
1.8
(2)如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路,利用直流电源为电磁铁供电,利用照明电源为路灯供电。
为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果,路灯应接在________(填“A、B”或“B、C”)之间,请用笔画线代替导线,正确连接电路元件。
(3)用多用电表的欧姆挡选“×
10”的倍率,按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时,指针示数如图丙所示,则线圈的电阻为________Ω。
已知当线圈中的电流大于或等于2mA时,继电器的衔铁将被吸合。
图中直流电源的电动势E=6V,内阻忽略不计,滑动变阻器有三种规格可供选择:
R1(0~10Ω,2A)、R2(0~200Ω,1A)、R3(0~1750Ω,0.1A)。
要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯,滑动变阻器应选择________(填“R1”“R2”或“R3”)。
为使天色更暗时才点亮路灯,应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。
光敏电阻的阻值随光照强度的增大如何变化?
光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小。
解析
(1)从图中读出对应于照度为1.0lx时的纵坐标可得对应电阻值。
(2)天亮时光照强度增大,光敏电阻的阻值减小,电磁铁中电流增大,磁场增强,吸引衔铁向下与C接通,灯熄灭,故灯泡应接在A、B之间。
实验连接图见答案。
(3)多用电表读数为140Ω。
路灯点亮时电磁铁中电流小于2mA,则电路中总阻值R=
>
3kΩ,此时光敏电阻的阻值小于2kΩ,则滑动变阻器接入电路中的阻值应不小于1kΩ,故应选用R3。
由于电磁铁中电流在减小到2mA时才能放开衔铁,路灯才能发光,故路灯发光时控制电路中总电
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