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2019版高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)十一 傳感器的簡(jiǎn)單應(yīng)用學(xué)案 目錄 課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)落實(shí) 課堂互動(dòng)考點(diǎn)突破 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 1．認(rèn)識(shí)熱敏電阻、光敏電阻等傳感器中的敏感元件。 2．了解傳感器在技術(shù)上的簡(jiǎn)單應(yīng)用。 【實(shí)驗(yàn)原理】 (1)傳感器是將它感受到的信號(hào)(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一般是電學(xué)量)。 (2)其工作過(guò)程如圖實(shí)Ⅺ－1所示： 【實(shí)驗(yàn)器材】 熱敏電阻、光敏電阻、多用電表、鐵架臺(tái)、燒杯、冷水、熱水、小燈泡、學(xué)生電源、繼電器、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線等。 【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】 一、研究熱敏電阻的熱敏特性 1．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按圖實(shí)Ⅺ－2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。 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)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。 (2)在圖實(shí)Ⅺ－3所示坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線。 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)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。 二、研究光敏電阻的光敏特性 1．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按圖實(shí)Ⅺ－4所示電路連接好，其中多用電表置于歐姆“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，觀察多用電表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。 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 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，光照增強(qiáng)電阻變小，光照減弱電阻變大。 【注意事項(xiàng)】 1．在做熱敏實(shí)驗(yàn)時(shí)，加開水后要等一會(huì)再測(cè)其阻值，以使電阻溫度與水溫相同，并同時(shí)讀出水溫。 2．在光敏實(shí)驗(yàn)中，如果效果不明顯，可將電阻部分電路放入帶蓋的紙盒中，并通過(guò)蓋上小孔改變射到光敏電阻上的光的多少。 3．歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】 對(duì)于熱敏電阻的特性，可用以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行：如圖實(shí)Ⅻ－5所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連，這時(shí)表針指在某一刻度，觀察下述操作下的指針偏轉(zhuǎn)情況： 1．往RT上擦一些酒精。 2．用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻RT。 根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向判定熱敏電阻的特性。 【實(shí)驗(yàn)分析】 1．1中指針左偏，說(shuō)明RT的阻值增大。酒精蒸發(fā)吸熱，溫度降低，所以熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大。 2．2中指針右偏，說(shuō)明RT的阻值減小。電阻RT溫度升高，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。 優(yōu)點(diǎn)：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易操作，能很快得出結(jié)論。 課堂互動(dòng)考點(diǎn)突破 考點(diǎn)一　熱敏電阻的原理及應(yīng)用 [例1]　用對(duì)溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻RT，在給定溫度范圍內(nèi)，其阻值隨溫度的變化是非線性的。某同學(xué)將RT和兩個(gè)適當(dāng)?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖實(shí)Ⅺ－6虛線框內(nèi)所示的電路，以使該電路的等效電阻RL的阻值隨RT所處環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值范圍。為了驗(yàn)證這個(gè)設(shè)計(jì)，他采用伏安法測(cè)量在不同溫度下RL的阻值，測(cè)量電路如圖實(shí)Ⅺ－7所示，圖中的電壓表內(nèi)阻很大。RL的測(cè)量結(jié)果如下表所示。 回答下列問(wèn)題： (1)根據(jù)圖實(shí)Ⅺ－6所示的電路，在圖實(shí)Ⅺ－7所示的實(shí)物圖上連線。 (2)為了檢驗(yàn)RL與t之間近似為線性關(guān)系，在圖實(shí)Ⅺ－8上作RL－t關(guān)系圖線。 (3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖實(shí)Ⅺ－9甲、乙所示。電流表的讀數(shù)為________，電壓表的讀數(shù)為______。此時(shí)等效電阻RL的阻值為______；熱敏電阻所處環(huán)境的溫度約為________。 [答案]　(1)連線如圖所示 (2)RL－t關(guān)系圖線如圖所示 (3)115 mA　5.0 V　43.5 Ω　64.0 ℃(62～66 ℃均正確) 考點(diǎn)二　光敏電阻傳感器的應(yīng)用 [例2]　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)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(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)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系(圖實(shí)Ⅺ－10)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)如圖實(shí)Ⅺ－11所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(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 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出) 開關(guān)S及導(dǎo)線若干。 [解析] 　(1)光敏電阻的阻值隨光照度變化的曲線如圖所示。 光敏電阻的阻值隨光照度變化特點(diǎn)： 光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。 (2)根據(jù)串聯(lián)電阻的分壓關(guān)系，E＝3 V， 當(dāng)照度降低至1.0(lx)時(shí)，其電壓升至2 V，由圖線知， 此時(shí)光敏電阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V， 串聯(lián)電阻分壓UR＝1 V， 由＝＝2得：R＝＝10 kΩ， 故選定值電阻R1，電路原理圖如圖所示。 [答案]　見解析 考點(diǎn)三　傳感器在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 [例3]　利用傳感器可以探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件等。圖實(shí)Ⅺ－12甲所示為某同學(xué)用傳感器做實(shí)驗(yàn)得到的小燈泡的U－I關(guān)系圖線。 (1)實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：電流傳感器、電壓傳感器、滑動(dòng)變阻器A(阻值范圍0～10 Ω)、滑動(dòng)變阻器B(阻值范圍0～100 Ω)、電動(dòng)勢(shì)為6 V的電源(不計(jì)內(nèi)阻)、小燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線若干。該同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，滑動(dòng)變阻器選用的是________(選填“A”或“B”)；請(qǐng)?jiān)趫D乙的方框中畫出該實(shí)驗(yàn)的電路圖。 (2)如果將該小燈泡接入丙圖所示的電路中，已知電流傳感器的示數(shù)為0.3 A，電源電動(dòng)勢(shì)為3 V。則此時(shí)小燈泡的電功率為________ W，電源的內(nèi)阻為________ Ω。 [答案]　(1)A　實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示 (2)0.69(0.66～0.72均可)　2.33(2.00～2.67均可)