實驗 傳感器的簡單應(yīng)用 物理報告

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1、實驗十二　傳感器的簡單應(yīng)用 (對應(yīng)學(xué)生用書第208頁) 一、實驗?zāi)康? 1．認識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件． 2．了解傳感器的簡單應(yīng)用． 二、實驗原理 1．傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(一般是電學(xué)量)． 2．工作過程 三、實驗器材 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等． 四、注意事項 1．在做熱敏電阻實驗時,加開水后要等一會兒再測其阻值,以使電阻溫度與水的溫度相同,并同時讀出水溫． 2．光敏電阻實驗中,如果效果不明顯,可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒

2、中,并通過蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的強度． 五、實驗過程 (一)研究光敏電阻的光敏特性 1．實驗步驟 (1)將光敏電阻、多用電表、小燈泡、滑動變阻器、學(xué)生電源按如圖實-12-1所示電路連接好,其中多用電表置于“×100”擋; 圖實-12-1 (2)先測出在室內(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,觀察表盤指針顯示光敏電阻阻值的情況,并記錄; (4)用手掌(或黑紙)遮光時光敏電阻阻值又是多少,并記錄． 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 把記錄的結(jié)果填入表中,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

3、光照射時發(fā)生變化,光照增強電阻變小,光照減弱電阻變大． (二)研究熱敏電阻的熱敏特性 1．實驗步驟 (1)按如圖實-12-2所示連接好電路,將熱敏電阻絕緣處理; 圖實-12-2 (2)把多用電表置于“歐姆”擋,并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y出燒杯中沒有水時熱敏電阻的阻值,并記下溫度計的示數(shù); (3)向燒杯中注入少量的冷水,使熱敏電阻浸沒在冷水中,記下溫度計的示數(shù)和多用電表測量的熱敏電阻的阻值; (4)將熱水分幾次注入燒杯中,測出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并記錄． 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)根據(jù)記錄數(shù)據(jù),把測量到的溫度、電阻值填入表中,分析熱敏電阻的特性． (2)在坐標系中,粗略畫出熱敏電

4、阻的阻值隨溫度變化的圖線． (3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和R-t圖線,得出結(jié)論:熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,隨溫度的降低而增大． (對應(yīng)學(xué)生用書第208頁) 考點一| 熱敏電阻的原理及應(yīng)用 　某實驗小組探究一種熱敏電阻的溫度特性．現(xiàn)有器材:直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測熱敏電阻、保溫容器、溫度計、開關(guān)和導(dǎo)線等． (1)若用上述器材測量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性,請你在圖實-12-3的實物圖上連線． 圖實-12-3 (2)實驗的主要步驟: ①正確連接電路,在保溫容器中注入適量冷水,接通電源,調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值; ②在保溫容器中添加少

5、量熱水,待溫度穩(wěn)定后,閉合開關(guān),________,________,斷開開關(guān); ③重復(fù)第②步操作若干次,測得多組數(shù)據(jù)． (3)實驗小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值,并據(jù)此繪得圖實-12-4所示的R-t關(guān)系圖線,請根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R-t關(guān)系式:R＝________＋________t(Ω)． 圖實-12-4 [解析]　(3)根據(jù)R＝就可求出不同溫度下熱敏電阻的阻值,并據(jù)此繪得R-t圖線．在圖線上取兩點,當(dāng)t1＝10 ℃時,R1＝104 Ω,當(dāng)t2＝60 ℃時,R2＝124 Ω,R-t圖線的斜率為＝0.4;將圖線延長,圖線交于原點,說明t＝0 ℃時的電阻為100 Ω,故R-

6、t關(guān)系式為R＝100＋0.4t(Ω)． [答案](1)如圖所示 (2)②讀取溫度計示數(shù)　讀取電壓表示數(shù) (3)100　0.4 　(2016·全國Ⅰ卷)現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時,系統(tǒng)報警．提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9 Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干． 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)．已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報警器的電流超

7、過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω. (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線． 圖實-12-5 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)． (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為________Ω;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是_______________________________________ _____________________________

8、___________________________________. ②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至______________________________________________________． (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用． [解析](1)電路圖連接如圖． (2)報警器開始報警時,對整個回路有 U＝Ic (R滑＋R熱) 代入數(shù)據(jù)可得R滑＝1 150.0 Ω,因此滑動變阻器應(yīng)選擇R2. (3)①在調(diào)節(jié)過程中,電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用,電阻箱的阻值應(yīng)

9、為報警器報警時熱敏電阻的阻值,即為650.0 Ω.滑動變阻器在電路中為限流接法,滑片應(yīng)置于b端附近,若置于另一端a時,閉合開關(guān),則電路中的電流I＝ A≈27.7 mA,超過報警器最大電流20 mA,報警器可能損壞．②開關(guān)應(yīng)先向c端閉合,移動滑動變阻器的滑片,直至報警器開始報警為止． [答案](1)連線如解析圖所示　(2) R2　(3)①650.0　b　接通電源后,流過報警器的電流會超過20 mA,報警器可能損壞?、赾　報警器開始報警 考點二| 光敏電阻的應(yīng)用 　為了節(jié)能和環(huán)保,一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制,光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(

10、照度可以反映光的強弱,光越強照度越大,照度單位為lx)．某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表: 照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),請在圖實-12-6所示的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線,并說明阻值隨照度變化的特點． 圖實-12-6 (2)如圖實-12-7所示,當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時,控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)．請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路,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時啟動照明系統(tǒng),在虛線框內(nèi)完成電路原理圖．(不

11、考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響) 圖實-12-7 提供的器材:光敏電阻RP(符號阻值見上表); 直流電源E(電動勢3 V,內(nèi)阻不計); 定值電阻:R1＝10 kΩ,R2＝20 kΩ, R3＝40 kΩ(限選其中之一并在圖中標出); 開關(guān)S及導(dǎo)線若干. 【導(dǎo)學(xué)號:84370484】 [解析](1)根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在坐標系中描點連線,得到如圖所示的變化曲線． 由圖可知光敏電阻阻值隨照度變化的特點:光敏電阻的阻值隨光照強度的增大非線性減小． (2)因天色漸暗、照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng),此時光敏電阻阻值為20 kΩ,兩端電壓為2 V,電源電動勢為3 V,故應(yīng)加

12、上一個分壓電阻,分壓電阻阻值為10 kΩ,即選用R1.此電路的原理圖如圖所示． [答案]　見解析 為了研究光敏電阻在室內(nèi)正常光照射和室外強光照射時電阻的大小關(guān)系,某同學(xué)用如圖甲所示的電路進行實驗,得出兩種U-I圖線,如圖乙所示． 　　　　　 甲 乙 (1)根據(jù)U-I圖線可知正常光照射時光敏電阻的阻值為________Ω,強光照射時電阻為________Ω; (2)若實驗中所用電壓表的內(nèi)阻約為5 kΩ,毫安表的內(nèi)阻約為100 Ω,考慮到電表內(nèi)阻對實驗結(jié)果的影響,此實驗中________(選填“正常光照射時”或“強光照射時

13、”)測得的電阻誤差較大．若測量這種光照下的電阻,則需將實物圖中毫安表的連接方式采用________(選填“內(nèi)接”或“外接”)法進行實驗,實驗結(jié)果較為準確. [解析](1)光敏電阻的阻值隨光照的增強而減小,結(jié)合圖乙知正常光照射時R1＝＝＝3 000 Ω,強光照射時R2＝＝＝200 Ω;(2)實驗電路采用的是毫安表內(nèi)接法,測得的結(jié)果比真實值偏大,當(dāng)待測電阻遠大于毫安表電阻時實驗誤差較小,所以強光照射時誤差較大;強光照射時采用毫安表外接法實驗結(jié)果較為準確． [答案](1)3 000　200　(2)強光照射時　外接 考點三| 傳感器在實際中的應(yīng)用 　利用傳感器可以探測、感受外界的信號、物理條件

14、等．圖實-12-8甲所示為某同學(xué)用傳感器做實驗得到的小燈泡的U-I關(guān)系圖線． 　　　　　　 甲 乙 丙 圖實-12-8 (1)實驗室提供的器材有:電流傳感器、電壓傳感器、滑動變阻器A(阻值范圍0～10 Ω)、滑動變阻器B(阻值范圍0～100 Ω)、電動勢為6 V的電源(不計內(nèi)阻)、小燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線若干．該同學(xué)做實驗時,滑動變阻器選用的是________(選填“A”或“B”);請在圖實-12-9乙的方框中畫出該實驗的電路圖． (2)如果將該小燈泡接入圖實-12-8丙所示的電路中,已知電流傳感器的示數(shù)為0.3 A,電源電動勢

15、為3 V．則此時小燈泡的電功率為________W,電源的內(nèi)阻為________Ω. [答案](1)A　實驗電路圖如圖所示 (2)0.69(0.66～0.72均可)　2.33(2.00～2.67均可) 傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變化的一種元件,在自動控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用．有一種測量人的體重的電子秤,其測量部分的原理圖如圖中的虛線框所示,它主要由壓力傳感器R(電阻值會隨所受壓力大小發(fā)生變化的可變電阻)和顯示體重大小的儀表○A (實質(zhì)是理想電流表)組成．壓力傳感器表面能承受的最大壓強為1×107 Pa,且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如

16、表所示．設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽略不計,接通電源后,壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8 V,g取10 m/s2.請作答: 壓力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 … 電阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 … (1)該秤零點(即踏板空載時)的刻度線應(yīng)標在電流表刻度盤________A處． (2)如果某人站在該秤踏板上,電流表刻度盤的示數(shù)為20 mA,這個人的質(zhì)量是________kg. [解析](1)由題表格知,踏板空載時,壓力傳感器的電阻R＝300 Ω,此時○A中電流I＝＝ A＝1.6×

17、10－2 A. (2)當(dāng)電流I′＝20 mA＝2×10－2 A時,壓力傳感器的電阻R′＝＝ Ω＝240 Ω,由表格可知,這個人受到的重力為500 N,此人質(zhì)量為50 kg. [答案](1)1.6×10－2　(2)50 [隨堂訓(xùn)練] 1．某同學(xué)通過實驗制作一個簡易的溫控裝置,實驗原理電路圖如圖實-12-9所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當(dāng)繼電器的電流超過15 mA時,銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實現(xiàn)溫控．繼電器的電阻約20 Ω,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關(guān)系如下表所示． t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt

18、/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 (1)提供的實驗器材有:電源E1(3 V,內(nèi)阻不計)、電源E2(6 V,內(nèi)阻不計)、滑動變阻器R1(0～200 Ω)、滑動變阻器R2(0～500 Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0～999.9 Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干． 為使該裝置實現(xiàn)對30 ℃～80 ℃之間任一溫度的控制,電源E應(yīng)選用________(選填“E1”或“E2”),滑動變阻器R應(yīng)選用________(選填“R1”或“R2”)． 　　　　　 圖實-12-9　　　　　圖實-12-10 (2)實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作．某同學(xué)

19、為排查電路故障,用多用電表測量各接點間的電壓,則應(yīng)將如圖實-12-10所示的選擇開關(guān)旋至________(選填“A”“B”“C”或“D”)． (3)合上開關(guān)S,用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查．在圖實-12-9中,若只有b、c間斷路,則應(yīng)發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”),接入a、c時指針________(選填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)． (4)排除故障后,欲使銜鐵在熱敏電阻為50 ℃時被吸合,下列操作步驟的正確順序是________．(填寫各步驟前的序號) ①將熱敏電阻接入電路 ②觀察到繼電器的銜鐵被吸合 ③斷開開關(guān),將電阻箱從電路中移除 ④合上開關(guān),調(diào)節(jié)

20、滑動變阻器的阻值 ⑤斷開開關(guān),用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調(diào)至108.1 Ω [解析](1)若實現(xiàn)對30 ℃溫度的控制 繼電器和Rt的電壓 U＝0.015×(20＋199.5) V≈3.29 V 因此符合要求的電源應(yīng)選E2. 若實現(xiàn)對80 ℃溫度的控制 對全電路有 U＝I(R繼＋Rt＋R) 即6 V＝0.015 A×(20 Ω＋49.1 Ω＋R) 解得R＝330.9 Ω. 因此滑動變阻器應(yīng)選R2. (2)用多用電表測量直流電壓時,選擇開關(guān)應(yīng)旋至C(直流電壓擋)． (3)a、b間電壓為0,指針不偏轉(zhuǎn)． 接入a、c時,多用電表與電源等構(gòu)成回路,指針偏轉(zhuǎn)． (4)連接電

21、路時,先用電阻箱代替熱敏電阻,調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值,銜鐵被吸合時,調(diào)節(jié)完畢,移除電阻箱換為熱敏電阻即可,正確的順序為⑤④②③①. [答案](1)E2　R2　(2)C　(3)不偏轉(zhuǎn)　偏轉(zhuǎn)　(4)⑤④②③① 2．為了節(jié)能環(huán)保,一些公共場所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)可采用光敏電阻來控制．光敏電阻是阻值隨著光照度的變化而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強弱,光越強照度越大,照度單位為lx)． (1)某光敏電阻R在不同照度下的阻值如表中所示,根據(jù)表中已知數(shù)據(jù),在如圖實-12-11所示坐標系中描繪出了阻值隨照度變化的曲線．由圖象可求出照度為1.0 lx時的電阻約為________kΩ.

22、圖實-12-11 照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻/kΩ 5.8 3.7 2.8 2.3 1.8 (2)如圖實-12-12所示是街道路燈自動控制模擬電路,利用直流電源為電磁鐵供電,利用照明電源為路燈供電．為達到天亮燈熄、天暗燈亮的效果,路燈應(yīng)接在________(填“AB”或“BC”)之間,請用筆畫線代替導(dǎo)線,正確連接電路元件． 圖實-12-12 (3)用多用電表“×10 Ω”檔,按正確步驟測量圖中電磁鐵線圈電阻時,指針示數(shù)如圖實-12-13所示,則線圈的電阻為________Ω.已知當(dāng)線圈中的電流大于或等于2 mA時,繼

23、電器的銜鐵將被吸合．圖中直流電源的電動勢E＝6 V,內(nèi)阻忽略不計,滑動變阻器有三種規(guī)格可供選擇:R1(0～10 Ω,2 A)、R2(0～200 Ω,1 A)、R3(0～1 750Ω,1 A)．要求天色漸暗照度降低至1.0 lx時點亮路燈,滑動變阻器應(yīng)選擇________(填“R1”“R2”或“R3”). 為使天色更暗時才點亮路燈,應(yīng)適當(dāng)?shù)豞_______(填“增大”或“減小”)滑動變阻器的電阻. 【導(dǎo)學(xué)號:84370485】 圖實-12-13 [解析](1)由描點繪出的圖象可以找出照度為1.0 lx時光敏電阻的阻值為2.0 kΩ;(2)電源與開關(guān)、滑動變阻器、光敏電阻和電磁鐵串聯(lián)起

24、來．當(dāng)受光照作用較強時,光敏電阻阻值較小,通過電磁鐵的電流較大,對銜鐵磁力增大,與觸點C接通,此時應(yīng)使路燈不亮,故路燈應(yīng)接在AB之間;(3)多用電表讀數(shù)為14,乘以倍率“×10”,故線圈電阻為140 Ω.由閉合電路歐姆定律可知,電路總電阻達到3 kΩ時,電路接通,故滑動變阻器電阻應(yīng)與光敏電阻同一數(shù)量級,故滑動變阻器選擇R3.天色更暗,光敏電阻阻值增大,為使路燈此時點亮,則滑動變阻器電阻應(yīng)減?。? [答案](1)2.0(誤差允許范圍內(nèi)均對) (2)AB　接線圖如圖所示 (3)140　R3　減小 (2017·鄭州模擬)實驗室備有以下器材:電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻器R1(阻值變

25、化范圍0～20 Ω)、滑動變阻器R2(阻值變化范圍0～1 000 Ω)、電動勢適當(dāng)?shù)碾娫?、小燈?4 V,2 W)、開關(guān)、導(dǎo)線若干． (1)要完整地描繪小燈泡的U-I曲線,請在方框中畫出實驗電路圖,并標出所用滑動變阻器的符號． (2)實驗中描繪出的小燈泡U-I曲線如圖所示,由圖可知,小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而________(填“增大”“減小”或“不變”)． (3)如果用上述器材測量所給電源的電動勢和內(nèi)電阻,實驗電路如圖甲所示,圖中R0是阻值為9.0 Ω的保護電阻,實驗中測得多組數(shù)據(jù)記錄在下表中,試在同一坐標系中畫出等效電源的U-I圖象,由圖象可求出電源自身內(nèi)阻約為_______

26、_Ω. 序號 1 2 3 4 5 6 U/V 4.00 3.40 2.80 2.00 1.50 0.80 I/A 0.20 0.25 0.33 0.40 0.46 0.52 甲 乙 (4)若將上述小燈泡直接與電源和保護電阻組成串聯(lián)電路,如圖乙所示,此時小燈泡消耗的電功率約為________W. [解析](1)描繪燈泡的伏安特性曲線,電壓與電流應(yīng)從零開始變化,滑動變壓器要采用分壓接法,由于燈泡的阻值較小,電流表應(yīng)用外接法,電路圖如圖所示． (2)由圖示U-I圖象可知,隨電壓和電流的增大,燈泡實際功率增大,燈絲溫度升高,電壓與電流的比值增大,由此可知,燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大． (3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出電源U-I圖象如圖所示,由圖示圖象可知,電源內(nèi)阻r＝－R0＝ Ω－9 Ω＝1 Ω. (4)由圖示圖象可知,燈泡兩端電壓為2.1 V,電流為0.39 A,燈泡的電功率為P＝UI＝2.1×0.39 W≈0.82 W. [答案]　見解析