2019年高考物理一轮复习第十一章交变电流传感器实验十二传感器的简单使用学案.doc
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1、1实验十二 传感器的简单使用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、铁架台、烧杯、凉水和热水3实验步骤(1)按图 1 连接好电路,将热敏电阻绝缘处理;图 1(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 2 坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线图 25实验结论热敏电阻的阻值随温度的
2、升高而减小,随温度的降低而增大26注意事项实验时,加热水后要等一会儿再测热敏电阻阻值,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、电源3实验步骤(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如图 3 所示电路连接好,其中多用电表置于“100”挡;图 3(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;(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,观察多用电表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,观察多用电表表盘指针显示电
3、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进行欧姆调零.3命题点一 教材原型实验例 1 热电传感器利用了热敏电阻对温度变化响应很敏感的特性某学习小组的同学拟探究某种类型的热敏电阻的阻值如何随温度变化从室温升到 80时,所提供的热敏电阻 Rt的阻值变化范围可能是由 5 变到 1 或由 5 变到
4、45.除热敏电阻外,可供选用的器材如下:温度计,测温范围10100;电流表 A1,量程 3A,内阻 rA0.1;电流表 A2,量程 0.6A,内阻约为 0.2;电压表 V1,量程 6V,内阻 rV1.5k;电压表 V2,量程 3V,内阻约为 1k;标准电阻,阻值 R1100;滑动变阻器 R2,阻值范围 05;电源 E,电动势 3V,内阻不计;开关及导线若干(1)甲同学利用如图 4 所示的电路测量室温下热敏电阻的阻值要使测量效果最好,应选下列_组器材图 4AA 1和 V1 BA 2和 V2 CA 1和 V2(2)在测量过程中,随着倒入烧杯中的开水增多,热敏电阻的温度升高到 80时,甲同学发现电流
5、表、电压表的示数几乎都不随滑动变阻器 R2的阻值的变化而改变(电路保持安全完好),这说明热敏电阻的阻值随温度升高而_(选填“增大”或“减小”)(3)学习小组的同学根据甲同学的实验,建议他在测量较高温度热敏电阻的阻值时重新设计电路,更换器材请你在如图 5 所示的虚线框内完成测量温度 80时热敏电阻阻值的实验电路图图 5答案 (1)B (2)增大 (3)见解析图解析 (1)电源的电动势为 3V,故电压表选 V2,电阻为几十欧姆,故电流较小,故电流表4选 A2,故选 B.(2)由题意知,调节滑动变阻器起不到改变电流的作用,说明待测电阻较大,故热敏电阻的阻值随温度的升高而增大(3)因 80时热敏电阻阻
6、值较大,而滑动变阻器阻值较小,故滑动变阻器采用分压接法又因电阻阻值较大,故电流表不能准确测量电流,故采用电压表 V1与定值电阻 R1并联后充当电流表来测量电流,故电路图如图所示1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 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电阻(k) 75 40 28 23 20 18(1)根据表中数据,请在图 6 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
7、点图 6(2)如图 7 所示当 1、2 两端所加电压上升至 2V 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 1.0lx 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 75提供的器材如下:光敏电阻 RP(符号 );直流电源 E(电动势 3V,内阻不计);定值电阻: R110k, R220k, R340k(限选其中之一并在图中标出);开关 S 及导线若干答案 见解析解析 (1)光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示,阻值随照度变化的特点:光敏电阻的阻值随照度的增大呈非线性减小;(2)电源电动势
8、为 3V,当光敏电阻阻值为 20k 时,其两端电压为 2V,则 U E,解得 R110k,实验电路如图乙所示RPRP R12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 20(如图 8 甲所示),则 25的刻度应在 20的刻度的_(填“左”或“右”)侧图 8(3)为了将
9、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(可增加元器件)设计一个电路(请在图乙中作图)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6(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25的刻度应对应较大电流,故在 20的刻度的右侧(3)如图所示命题点二 实验拓展创新例 2 (2016全国卷23)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过 60时,系统报警提供的器材有:热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过 Ic时就会报警),电阻箱(最大阻值为 999.9),直流电源(输出电压为 U
10、,内阻不计),滑动变阻器 R1(最大阻值为 1000),滑动变阻器 R2(最大阻值为 2000),单刀双掷开关一个,导线若干在室温下对系统进行调节已知 U 约为 18V, Ic约为 10mA;流过报警器的电流超过 20mA 时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在 60时阻值为 650.0.(1)在图 9 中完成待调节的报警系统原理电路图的连线图 9(2)电路中应选用滑动变阻器_(填“ R1”或“ R2”)(3)按照下列步骤调节此报警系统:电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为_;滑动变阻器的滑片位置于_(填“ a”或“ b”)端附近,不能置于另一端的
11、原因是_将开关向_(填“ c”或“ d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至_(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用答案 (1)见解析图 (2) R2(3)650.0 b 接通电源后,流过报警器的电流会超过 20mA,报警器可能损坏 c 报警器开始报警解析 (1)先用电阻箱替代热敏电阻,连接成闭合回路进行调试电路图连接如图所示7(2)当电路中电流 Ic10mA 时,根据闭合电路欧姆定律有 Ic ,解得 R 总 1800,此UR总时热敏电阻的阻值为 650,则滑动变阻器的阻值为 1150,所以滑动变阻器选 R2.(3)当热敏电阻阻值小于 650 时,报警
12、器就会报警,用电阻箱替代热敏电阻进行调节,应把电阻箱的阻值调到 650.若接通电源后电路中的电流过大(超过 20mA),报警器就会损坏,电流越小越安全,所以为了电路安全,闭合开关前滑片应置于 b 端用电阻箱替代热敏电阻进行调试,应将开关向 c 端闭合,开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警3如图 10 所示装置可以用来测量硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数 k.电源的电动势为 E,内阻可忽略不计;滑动变阻器全长为 L,重力加速度为 g. 为理想电压表当木板上没有放重物时,滑动变阻器的触头位于图中 a 点,此时电压表示数为零在木板上放置质量为 m 的重物,滑动变阻器的触头随木板一起下移
13、由电压表的示数 U 及其他给定条件,可计算出弹簧的劲度系数 k.图 10(1)写出 m、 U 与 k 之间所满足的关系式(2)已知 E1.50V, L12.0cm, g 取 9.80m/s2.测量结果如下表:m/kg 1.00 1.50 3.00 4.50 6.00 7.50U/V 0.108 0.154 0.290 0.446 0.608 0.740在图 11 中给出的坐标纸上利用表中数据描出 m U 直线8图 11 m U 直线的斜率为_kg/V(结果保留三位有效数字)弹簧的劲度系数 k_N/m(结果保留三位有效数字)答案 (1) m U (2)见解析图 10.0 1.2310 3LkEg
14、解析 (1)设放置质量为 m 的重物时弹簧的压缩量为 x,则有 mg kx 又 U ExL解得 m U.LkEg(2)用描点法作图,作出的图象如图所示选取(0,0)、(0.90,9)两点,则斜率为 kg/V10.0 kg/V. m U 9 00.90 0因 m U,故 ,LkEg LkEg m Uk 10.0 N/m1.2310 3 N/m. m U EgL 1.509.800.1204某些固体材料受到外力后除了产生形变,其电阻率也要发生变化,这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应” 现用如图 12 所示的电路研究某长薄板电阻 Rx的压阻效应,已知 Rx的阻值变化范围为几
15、欧到几十欧,实验室中有下列器材:9图 12A电源 E(3V,内阻约为 1)B电流表 A1(00.6A,内阻 r15)C电流表 A2(00.6A,内阻 r21)D开关 S,定值电阻 R05(1)为了比较准确地测量电阻 Rx的阻值,请完成虚线框内电路图的设计(2)在电阻 Rx上加一个竖直向下的力 F(设竖直向下为正方向),闭合开关 S,记下电表读数,A1的读数为 I1,A 2的读数为 I2,得 Rx_.(用字母表示)(3)改变力的大小,得到不同的 Rx值,然后让力反向从下向上挤压电阻,并改变力的大小,得到不同的 Rx值最后绘成的图象如图 13 所示,除观察到电阻 Rx的阻值随压力 F 的增大而均匀
16、减小外,还可以得到的结论是_当 F 竖直向下时,可得Fx与所受压力 F 的数值关系是 Rx_.图 13答案 (1)见解析图 (2)I1r1I2 I1(3)压力反向,阻值不变 172 F解析 (1)利用伏安法测量电阻阻值,但所给器材缺少电压表,可以用内阻已知的电流表A1代替,另一个电流表 A2测量电流如图所示10(2)电阻两端电压为 Ux I1r1,流经的电流为 Ix I2 I1,电阻 Rx .I1r1I2 I1(3)由图可知,图象是一次函数图线,即 Rx kF b, k 2, b17,则 Rx F 94.5有 Rx172 F;从图可知,由于图线对称,不管力 F 方向如何增加, Rx均线性减小思
17、维建模能力的培养析题破题能力的培养1对于原线圈电路接有用电器的问题,输入功率等于输出功率,要注意电压与匝数成正比关系成立的条件,此时 中 U1指的是原线圈两端电压,而不是电源电压原线圈两端U1U2 n1n2电压与用电器电压之和等于电源电压2常见图例(图 1)图 13处理技巧首先计算出通过副线圈的电流,由电流比关系可知原线圈的电流;其次根据欧姆定律可表示出与原线圈串联的电阻两端的电压;最后结合题意,列出原线圈两端电压的表达式,根据电压比关系求出副线圈两端电压例 1 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为 31,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为 220V 的正弦交流电源
18、上,如图 2 所示设副线圈回路中电阻两端的电压为 U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 k,则( )图 2A U66V, k B U22V, k19 1911C U66V, k D U22V, k13 13答案 A解析 因原、副线圈的匝数比为 31,根据变压器的工作原理得 ,即原、副线圈中I1I2 n2n1的电流之比 ,因 P I2R,故原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值 k .副线I1I2 13 I21I2 19圈两端电压为 U,因 ,则原线圈两端电压为 3U,副线圈中 U I2R,与原线圈连接的U1U2 n1n2电阻两端的电压 U I1R I2R ,因原线圈一侧所加电压为 220V
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