2012高考物理总复习(精品课件) 实验十一 传感器的简单使用

电磁开关的内部结构如图所示.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50 mA时， 电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断 开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈 中允许通过的最大电流为100 mA.
(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 40 W， 额定电压 36 V，符号 ；保护电阻 R2，符号 电磁开关，符号 ；
答案：(1)电路原理图见解析图 (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
6．(2010 年全国Ⅱ)如图，一热敏电阻 RT 放在控 温容器 M 内： 为毫安表，量程 6 mA，内阻为 数十欧姆，E 为直流电源，电动势约为 3 V，内 阻很小；R 为电阻箱，最大阻值为 999.9 Ω；S 为开关．已知 RT 在 95 ℃ 时的阻值为 150 Ω， 在 20 ℃时的阻值约为 550 Ω.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．
(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． (5)把测量到的温度、电阻值填入下表中，根据 记录数据分析热敏电阻的特性.
பைடு நூலகம்
次数
待测量 温度(℃) 电阻(Ω)
(6)在如图所示坐标系中，粗略画出热敏电阻的 阻值随温度变化的图象．
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． 2．研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光敏电阻、多用电表、小电珠、滑动变阻 器、开关、学生电源按图所示电路连接好，其 中多用电表置于“×100”挡．
(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： ①依照实验原理电路图连线． ②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度 为95 ℃. ③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安 全．
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数 I0，并记录 _____________________________________． ⑤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 __________． ⑥ 温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝ ________. ⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一 温度下重复步骤⑤⑥.
答案：P、Q应分别接在触头a、b之间 M、N应分别接e、f
5．(2009年宁夏)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，借助电磁开关，可以实现路灯自动在 白天关闭，天黑打开．
；蓄电池 E，电压 36 V，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200 Ω，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．
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 kΩ，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 kΩ，即选用R1；此电路的原理图如 图所示．
【答案】 (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲 线见标准解答 特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线 性减小． (2)电路原理图见标准解答．
光敏电阻 Rp(符号 ，阻值见上表) 提供的器材如下：直流电源 E(电动势 3 V，内 阻不计)； 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)； 开关 S 及导线若干．
【解析】 (1)根据图表中的数据，在坐标纸上描 点连线，得到如图所示的变化曲线．
答案：(1)见解析
(2)④电阻箱的读数 R0
⑤
仍为 I0 电阻箱的读数 R1
⑥R0－R1＋150 Ω
照度(lx)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻(kΩ)
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据，请在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．
(2)如图所示，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)
解析：(1)要使光敏电阻能够对电路进行控制， 且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与 1、2 串联， 4 与路灯串联； 3、 则电路图如图所示． (2)①由 U＝IR 得励磁线圈允许加的最大电 压为 U＝ImR＝0.1×200 V＝20 V；
依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值 16 16 计算得 R2min＝ Ω＝160 Ω，R2max＝ Ω 0.1 0.05 ＝320 Ω，因此保护电阻 R2 的阻值范围为 160 Ω～320 Ω； 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， 4 之间断开． 3、 ③电磁起重机．
解析：P、Q 应该分别接在触头 a、b 之间．同 时，M、N 应该分别接 e、f 两个触头，其工作 原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小， 电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸 下，a、b 断开，使加热装置停止加热，当水温 降低到一定程度时，热敏电阻温度减小阻值增 大，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被 弹簧拉上去，使 a、b 之间连接，加热装置开始 加热，从而实现水温控制．
实验十一
传感器的简单使用
一、实验目的 1．了解传感器的工作过程，探究敏感元件的 特性． 2．能够简单使用传感器．
二、实验原理 传感器是将它感受到的物理量(如力、热、光、 声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)．其 工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感 受到的信号按一定规律转换成便于测量的信 号．例如，光电传感器是利用光敏电阻将光信 号转换成电信号，热电传感器是利用热敏电阻 或金属热电阻将温度信号转换成电信号，转换 后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检 测、自动控制、遥控等各种目的．
解析：R1 为光敏电阻，当有光照射时，R1 的阻 值变小，R2 上的电压变大，信号处理系统获得 高电压．由题意知，当传送带上的物体挡住光 时，信号处理系统获得低电压，这种电压高低 交替变化的信号转化为相应的数字，实现自动 计数的功能，故 A、C 选项正确． 答案：AC
4．如图所示是一种自动控制水温的装置，加热电 路的两端 P、Q 应接在触头 a、b 之间还是 c、d 之间？热敏电阻两端 M、N 应接在哪两个触头之 间？
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，实行了自动控制，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
解析：街旁的路灯和江海里的航标，都是利用 了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻 小． 答案：B
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、小电珠、学生电源、光电计 数器、滑动变阻器、开关、导线、光源等．
四、实验步骤 1．研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻与多用电表接成电路，如图所 示．
(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．
2．如图所示，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 C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压降低
解析：当光照强度增大时，R3 阻值减小，外电路 电阻随 R3 的减小而减小， 1 两端电压因干路电流 R 增大而增大，同时内电压增大，故电路的路端电 压减小，因而电压表的示数增大，A、D 项正确； 由路端电压减小而 R1 两端电压增大知， 2 两端电 R 压必减小，则 R2 中电流减小，故 B 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 正确． 答案：ABCD
【解析】 电流表的示数增大，说明电路中的 电流增大，电阻减小，所以这个热敏电阻的电 阻率是随温度的升高而降低的；电阻率减小， 电阻值在其他条件不变时减小，导电性能变好， 故选项B、D正确． 【答案】 BD
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：
阻值(Ω)
3．光电计数器 (1)连接光电计数器电路． (2)接通电路和光源，观察计数器的计数情况． 五、注意事项 1．测热敏电阻的阻值时应待温度变化稳定后 再测量． 2．实验中测量的元件只能代表这些元件的特 性，不能代表所有元件的特性．
在如图所示的电路中，当半导体材料做成的热敏 电阻浸泡到热水中时，电流表示数增大，则说明 ( ) A．热敏电阻在温度越高时，电阻越大 B．热敏电阻在温度越高时，电阻越小 C．半导体材料温度升高时，导电性能变差 D．半导体材料温度升高时，导电性能变好