實(shí)驗(yàn)11：傳感器的簡(jiǎn)單使用

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1、實(shí)驗(yàn)11：傳感器的簡(jiǎn)單使用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解傳感器的工作過(guò)程，探究敏感元件的特性。 2.能夠簡(jiǎn)單使用傳感器。 二、實(shí)驗(yàn)原理 傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)。其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào)。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過(guò)電子電路的處理就可以達(dá)到方便檢測(cè)、自動(dòng)控制、遙控等各種目的了。 三、實(shí)驗(yàn)器材 熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計(jì)、熱水、多用電表、小燈泡、學(xué)生電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、鐵架臺(tái)、導(dǎo)

2、線若干。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.研究熱敏電阻的熱敏特性。 (1)按圖10-3-1所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 (2)把多用電表置于“歐姆擋”，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中 沒(méi)有熱水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)； (3)向燒杯中注入少量的冷水，使熱敏電阻浸沒(méi)在冷水中，記 下溫度計(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值； (4)將熱水分幾次注入燒杯中，測(cè)出不同溫度下熱敏電阻的阻 值，并記錄； (5)根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，把測(cè)量到的溫度、電阻值填入下表中，分析熱敏電阻的特性。 (6)在圖10-3-2坐標(biāo)系中，粗略畫(huà)出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。 (7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和R-t 圖線，得出結(jié)論：熱敏電

3、阻的阻值隨溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。圖10-3-1圖10-3-2 次數(shù)待測(cè)量溫度( )電阻() 2.研究光敏電阻的光敏特性。 (1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖10-3-3所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋； (2)先測(cè)出在室內(nèi)自然光的照射下光敏電阻的阻值，并記錄數(shù)據(jù)； (3)打開(kāi)電源，讓小燈泡發(fā)光，調(diào)節(jié)小燈泡的亮度使之逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄； (4)用手掌(或黑紙)遮光時(shí)電阻值又是多少？并記錄； (5)把記錄的結(jié)果填入下表中，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析光敏電阻的特性。 結(jié)論：光 敏 電 阻 的 阻 值 被 光 照 射 時(shí) 發(fā) 生 變 化

4、 ， 光 照 增 強(qiáng) ， 電 阻 變 小 ， 光 強(qiáng) 減弱 ， 電 阻 變 大 。 五、注意事項(xiàng) 1.燒杯中加水改變溫度時(shí)，要等待溫度穩(wěn)定后再測(cè)熱敏電阻的阻值。并同時(shí)讀取溫度值。 2.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 3.調(diào)節(jié)燈泡亮度時(shí)，注意不要超過(guò)其額定電壓。圖10-3-3光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無(wú)光照射阻值() 【例1】 2009年 高 考 山 東 理 綜 卷 為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開(kāi)關(guān)控制照明系統(tǒng)。光控開(kāi) 關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng) 弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻Rp在不同照度下的阻值如下表： (1)根據(jù)表中

5、數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系(圖10-3-4)中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō) 明阻值隨照度 變化的特點(diǎn)。 (2)如圖10-3-5所示，當(dāng)1、2兩端所加 電壓上升至2 V時(shí)，控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)啟 動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì) 一個(gè)簡(jiǎn) 單電路，給1、2兩端提供電 壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0 (lx)時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完 成電路原理圖。(不考慮控制開(kāi)關(guān)對(duì)所 設(shè)計(jì)電路的影響) 提供的器材如下： 光敏電阻RP(符號(hào) ，阻值見(jiàn)上表)； 直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì))； 定值電阻：R1=10 k，R2=20 k，R3=40 k(限選其中之一并在圖中標(biāo)出) 開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干。 熱點(diǎn)一 光敏電阻

6、的應(yīng)用照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2電阻(k) 75 40 28 23 20 18 圖10-3-5圖10-3-4 【解析】(1)光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖10-3-6所示，其特點(diǎn)是：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。 (2)當(dāng)光照度降至1.0(lx)時(shí)，光敏電阻的阻值為R P=20 k，設(shè)計(jì)原理圖如圖10-3-7所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓 即 R=10 k 即與RP串聯(lián)的電阻應(yīng)選R1=10 k。圖10-3-6圖10-3-7RUERU p 1212 R23202 1光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用，比如用于街道路燈的自動(dòng)控制。圖10-3-8為模

7、擬電路，其中A為光敏電阻，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈，請(qǐng)連成正確的電路，達(dá)到日出燈熄，日落燈亮的效果。 【答案】當(dāng)天亮?xí)r，光線照射光敏電阻A。其阻值迅速減小，控制回路電流增大，繼電器B工作，吸住銜鐵使觸點(diǎn)斷開(kāi)，路燈熄滅。當(dāng)夜晚降臨，光線變暗，光敏電阻A的阻值增大，控制回路電流減小，彈簧將銜鐵拉起，觸點(diǎn)接通，路燈點(diǎn)亮。圖10-3-8 【例2】如圖10-3-9所示為某種電子秤的原理示 意圖，AB為一均勻的滑動(dòng)電阻器，阻值為 R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng) 頭。P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保 持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)。彈簧處于原長(zhǎng) 時(shí)，P1剛好指著A端。P1與托盤固定相

8、連， 若P1、P2間出現(xiàn)電壓時(shí)，該電壓經(jīng)過(guò)放大， 通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上可顯示物體重 力的大小，已知彈簧的勁度系數(shù)為k，托盤 自身質(zhì)量為m 0，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)， 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，求： (1)托盤尚未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，P 1離A的距離x1； (2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離A的距離x2； (3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，試推想校準(zhǔn)零點(diǎn)的方法？校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物 體m放在托盤上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式。 熱點(diǎn)二 傳感器的應(yīng)用圖10-3-9 【解析】(1)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，P1剛好指著A端，在托盤自身重力作用下(托盤自身質(zhì)量

9、為m 0)，P1離A的距離為x1，由力學(xué)平衡知識(shí)得：m 0g=kx1，所以x1= ； (2)由受力分析可知：m 0g+m g=kx2得:x2= ； (3)其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間電壓為零。 當(dāng)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離P2的距離為 x2-x1= 。 滑動(dòng)變阻器與電源組成的電路中電流恒定，電源內(nèi)阻不計(jì)，由閉合電路歐姆定律可知，I= 。 P 1、P2間電壓U=IR12= ， 可解得： 。 【名師支招】本題背景內(nèi)容新穎、形式靈活，這是現(xiàn)今高考的趨勢(shì)之一。有的同學(xué)因讀不透材料、得不到相關(guān)的信息而墜入云里霧中。題目意在考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解能力、對(duì)實(shí)際問(wèn)

10、題的分析和判斷能力、對(duì)圖象信息的提取和加工能力。k gm 0 k gmm )( 0 UgEkLm km g 2 1( )E R Emgx xR L Lk RE 2某同學(xué)為了測(cè)量一物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖10-3-10所示。測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m 0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)，開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干，待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量。(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范 圍盡可能大，在圖10-3-11的方框中畫(huà)出完整的測(cè)量電路圖。(2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m。(3)請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題。 【答案】(1)設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示。 (2)測(cè)量步驟與結(jié)果： 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零； 將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U 0； 將待測(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U； 由U0=km 0g，得 測(cè)得U=km g，所以 。 (3)因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零；待測(cè)物體質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器量程。圖10-3-10圖10-3-1100UUmm gm Uk 00