届高中物理第专题复习选修31实验11.docx
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届高中物理第专题复习选修31实验11
实验十一 传感器的简单使用
一、实验目的
1.认识热敏电阻、光敏电阻等传感器的特性.
2.了解传感器的简单应用.
二、实验原理
1.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).
2.其工作过程如图1所示:
图1
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、实验过程
1.研究热敏电阻的热敏特性
(1)实验步骤①按图2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”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,图2
并记录.
(2)数据处理
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在图3坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的
图线.
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.图3
2.研究光敏电阻的光敏特性
(1)实验步骤
①将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器按如图4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;图4
③接通电源,让小灯泡发光,调节滑动变阻器使小灯泡的亮度逐渐变亮,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)遮住光,观察光敏电阻的阻值又是多少,并记录.
(2)数据处理
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(Ω)
结论:
光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大.
五、注意事项
1.在做热敏实验时,加开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.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射到光敏电阻上的光的多少.
3.欧姆表每次换挡后都要重新调零.
六、实验改进
对
于热敏电阻的特性,可用以下实验进行:
如图5所示,将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡,再将多用
电表的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,观察下图5
述操作过程中指针的偏转情况:
操作一:
往RT上擦一些酒精.
操作二:
用吹风机将热风吹向电阻.
根据指针偏转方向判定热敏电阻的特性.
实验分析:
1.操作一中指针左偏,说明RT的阻值增大;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.操作二中指针右偏,RT的阻值减小,而电阻RT温度升高,故热敏电阻的阻值随温度的升高而减小.
优点:
改进后的实验简单易操作,同学们能很快得出结论.
考点一 热敏电阻的实际应用
例1 (2010·新课标全国·23)
用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和两个适当的固定电阻R1、R2连成图6虚
图6
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6所示,图中的电压表内阻很大.RL的测量结果如表格所示.
温度t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
RL阻值/Ω
54.3
51.5
48.3
44.7
41.4
37.9
34.7
回答下列问题:
(1)根据图6所示的电路,在图7所示的实物图上连线.
图7
(2)为了检验RL与温度t之间近似为线性关系,在图8所示的坐标纸上作RL-t关系
图线.
图8
(3)在某一温度下,电路中的电流表、电压表的示数如图9、10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________.
图9 图10
考点二 光敏电阻传感器
例2 青
岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电,
为路灯提供电能.用光敏电阻作为传感器控制路灯电
路的开关,实现自动控制.光敏电阻的阻值随照射光
的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射
光较强(如白天)时电阻几乎为0,照射光较弱(如黑天)时
电阻接近于无穷大.利用光敏电阻作为传感器,借助电图11
磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,黑天打开.电磁开关的内部结构如图11
所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接.当励磁线圈中电流大于50mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;电流小于50mA时,3、4接通.励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图.光敏电阻R1,
符号
;灯泡L,额定功率40W,额定电压36V,符号
;保护电阻R2,符号
;电磁开关,符号
;蓄电池E,电压36V,内阻很小;开关S,导线若干.
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200Ω,励磁线圈允许加的最大电压为______V,保护电阻
R2的阻值范围为________Ω.
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通.为此,电磁开关内部结构应如何改造?
请结合本题中电磁开关内部结构图说明.
答:
___________________________________________________________________.
③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子.
答:
___________________________________________________________________.
1.在街旁的路灯,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
2.如图12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中电流减小图12
C.小灯泡的功率增大
D.电路的路端电压增大
3.酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁
酒后作业人员的现场检测.它利用的是一种二氧化锡
半导体型酒精气体传感器,酒精气体传感器的电阻随
酒精气体浓度的变化而变化.在如图13所示的电路
中,酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻.图13
这样,电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系.如果二氧化锡半导体型酒精
体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体
浓度C之间的对应关系正确的是( )
A.U越大,表示C越大,C与U成正比
B.U越大,表示C越大,但是C与U不成正比
C.U越大,表示C越小,C与U成正比
D.U越大,表示C越小,但是C与U不成反比
4.一台臭氧发生器P的电阻为10kΩ,当供电电压等于24V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100Ω,黑暗时为1000Ω,允许通过的最大电流为3mA;电源E的电压为36V,内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0~100Ω,
允许通过的最大电流为0.4A;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14
图14
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.(电路图画在虚线框内)
5.(2010·大纲全国理综Ⅱ·23)
如图15所示,一热敏电阻RT放在控
温容器M内;
为毫安表,量程6mA,内阻为数十欧姆;E为
直流电源,电动势约为3V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻
值为999.9Ω;S为开关.已知RT在95℃时的阻值为150Ω,图15
在20℃时的阻值约为550Ω.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.
(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温度为95℃.
c.将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℃<T1<95℃);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
例1
(1)、
(2)根据数据描出点,作出直线;
(3)115mA 5.00V
43.5Ω 64.0°C
例2
(1)电路原理图见解析
(2)①20 160~320 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开. ③电磁起重机
随堂训练
1.B
2.ABC
3.B
4.为了能控制臭氧发生器,应该使用滑动变阻器的分压式连接,有光照时P能正常工作,无光照时P不工作.电路图如下:
5.
(1)实验原理电路图,如图所示
(2)d.电阻箱的读数R0 e.仍为I0
电阻箱的读数R1 f.R0-R1+150Ω
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