1、届高考物理一轮复习精品学案103第十章 实验十一 传感器的简单使用103实验十一传感器的简单使用考纲解读1.知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用.2.能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性.3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案基本实验要求基本实验要求研究热敏电阻的特性1实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察2实验器材半导体热敏电阻、多用电表、温度计、烧杯、凉水和热水3实验步骤(1)按实验原理图连接好电路，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
2、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4数据处理在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线图15实验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6注意事项实验时，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，并同时读出水温研究光敏电阻的光敏特性1实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察2实验器材光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线3实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图所示电路连接好，其中多用电表置于“100”挡；(2)先
3、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)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录4数据处理根据记录数据分析光敏电阻的特性5实验结论(1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小(2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量6注意事项(1)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来达到实验目的；(2)欧姆表每次换挡后都要重新调零考点一温度传感器的应用例1如图2所示，图甲为热敏电阻
4、的Rt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100 .当线圈的电流大于或等于20 mA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E9.0 V，内阻不计图中的“电源”是恒温箱加热器的电源图2(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_.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20 mA时，继电器的
5、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20 mA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50C，即50C时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路欧姆定律I，r为继电器的电阻由题图甲可知，50C时热敏电阻的阻值为90 ，所以R(rR)260 .答案(1)A、B端(2)260考点二光电传感器的应用例2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
6、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ROS在不同照度下的阻值如下表所示：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2电阻(k)754028232018(1)根据表中数据，请在图3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3(2)如图4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(不考虑控制开关对所设计电路的影响)图4提供的器材如下：光敏电阻ROS(符号，阻值见上表)直
7、流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R110 k，R220 k ，R340 k (限选其中之一并在图中标出)开关S及导线若干解析(1)根据表中的数据，在坐标系中描点连线，得到如图所示的变化曲线由图可知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 k，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 k，即选用R1.此电路的原理图如图所示答案见解析考点三力电传感器的实际应用例3某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力
8、(比例系数为k)，如图5所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.图5请完成对该物体质量的测量：(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使调节范围尽可能大，在虚线框中画出完整的测量电路图(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.解析力电转换器虽然是一个全新的仪器，但它与其他所有的测量仪器一样，要有一个“调零”的过程仔细审题，题目中有很多重要的暗示，挖掘这些信息即是我们解决问题的关键“测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与
9、物体的质量成正比的输出电压U”“该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)”，所以输出电压Ukmg.题目要求“力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大”，这就暗示我们滑动变阻器必须使用分压式，有了设计电路才可以进行测量步骤(1)设计电路如图所示(2)测量步骤如下：调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；将质量为m0的砝码放在转换器的受压面上，记下输出电压U0；将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压U1；因为U0km0g、U1kmg，所以可求m.答案见解析1关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是 ()A非电学量敏感元件转换电路电学量转换元件B电学量敏感元件转换
10、电路转换元件非电学量C非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量D非电学量转换电路转换元件敏感元件电学量答案C解析传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，因此A、B、D错，C对2如图6所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是()图6A当光照射R1时，信号处理系统获得高电压B当光照射R1时，信号处理系统获得低电压C信号处理系统每获一次低电压就计数一次D信号处理系统每获一次高电压就计数一次答案BD解析激光是照
11、在光敏电阻R1上，信号处理系统与R1并联，其电压就是R1上的电压，当货物挡光时R1阻值大，电压高，货物挡光一次，就计数(货物的个数)一次，故B、D正确3在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图7所示M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时 ()图7ARM变大，且R越大，U增大越明显BRM变大，且R越小，U增大越明显CRM变小，且R越大，U增大越明显DRM变小，且R越小，U增大越明显答案C解析由题意知，S两端的电压增大，则电路中的电流增大，接触药液的传感器的电阻变小，则A、B选项是错误的；将S看做外电路
12、，其余看做等效电源，根据UEIr可判断，同样的变化电流，则内阻越大电压变化越大，因此答案为C.4如图8所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时()图8A电压表的示数增大BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大答案ABC解析当入射光强度增大时，R3阻值减小，外电路总电阻随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项正确，D项错误；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项正确；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项正
13、确5温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的如图9甲所示，电源的电动势E9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流计，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示闭合开关S，当R的温度等于20C时，电流表示数I12 mA时，当电流表的示数I23.6 mA时，热敏电阻的温度是_C.图9答案120解析从题图乙查得t20C时，R的阻值为4 k由EI1(RRg)得RgRk4 k0.5 k当I23.6 mA时，设热敏电阻的阻值为R，则RRgk0.5 k2 k从题图乙查得此时对应的温度t2120C.6一些材料的电阻随温度的升高而变化如图
14、10甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E1.5 V，内阻不计)、电流表(量程为5 mA，内阻不计)、电阻箱R串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”图10(1)电流刻度较大处对应的温度刻度_；(选填“较大”或“较小”)(2)若电阻箱阻值R150 ，当电流为5 mA时对应的温度数值为_C.答案(1)较小(2)50解析(1)由题图甲可知，温度升高，电阻阻值增大，电路中电流减小，因此电流刻度较大处对应的温度刻度较小(2)电流为5 mA时，电路总电阻为300 ，电阻箱阻值R
15、150 ，则R150 ，由题图甲得对应的温度为50C.7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_(填“大”或“小”)(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20C(如图11甲所示)，则25C的刻度应在20C的刻度的_(填“左”或“右”)侧甲乙图11(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
16、增加元器件)设计一个电路答案(1)小(2)右(3)见解析图解析(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，25C的刻度应对应较大电流，故在20C的刻度的右侧(3)电路如图所示 8热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求该特性曲线尽可能完整已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 5 .将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 )、直流电压表(内阻约5 k)、滑动变阻器(020 )、开关、导线若干(1)在下面的虚线框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小(2)根据电路图，在图12的实物图上连线图12(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤答案见解析解析(1)为获得更多的数据，应使电压从零开始变化，故应采用分压电路由于待测热敏电阻阻值约4 5 ，故应采用电流表外接法，电路图如图所示(2)按电路图连接实物图如图所示(3)往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计示数；调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值并记录；重复、，测量不同温度下的电流表和电压表的值并作记录；绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线
