《高考物理一輪教學(xué)案專題十二考點(diǎn)二實驗十一 傳感器的簡單使用 含解析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高考物理一輪教學(xué)案專題十二考點(diǎn)二實驗十一 傳感器的簡單使用 含解析（22頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗十一傳感器的簡單使用基礎(chǔ)點(diǎn)1.實驗裝置及電路圖2實驗?zāi)康?1)認(rèn)識熱敏電阻、光敏電阻等傳感器的特性。(2)了解傳感器的簡單應(yīng)用。3實驗原理傳感器是能將所感受到的物理量 (如力、熱、光、聲等等)轉(zhuǎn)換成 便于測量的量 (一般是電學(xué)量)的一類元件。其工作過程是通過對某一 物理量敏感的元件，將感受到的信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信 號。如熱電傳感器是利用熱敏電阻將熱信號轉(zhuǎn)換成電信號。轉(zhuǎn)換后的 信號經(jīng)過相應(yīng)的儀器進(jìn)行處理，就可以達(dá)到自動控制的目的。4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。5實驗步驟第1頁共19頁A研究熱

2、敏電阻的熱敏特性(1)實驗步驟按圖所示連接好電路，將熱敏電阻進(jìn)行絕緣處理。將多用電表置于歐姆擋，選擇適當(dāng)?shù)膿跷粶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)。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。將熱水分幾次注入燒杯，測量不同溫度下熱敏電阻的阻值，并 記錄。(2)數(shù)據(jù)處理根據(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。在如圖所示的坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化 的圖線。第2頁共19頁(3)實驗結(jié)論根據(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。B研

3、究光敏電阻的光敏特性(1)實驗步驟將光敏電阻、多用電表、小燈泡、學(xué)生電源、滑動變阻器按如 圖所示電路連接好，其中多用電表置于歐姆擋“ 100”擋。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)。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， 觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄。測量用手掌 (或黑紙)遮光時光敏電阻的阻值并記錄。(2)數(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。光照強(qiáng)度弱中強(qiáng)無光照射電阻() (3)實驗結(jié)論第3頁共19頁T T 光敏電阻被光照射時其電阻值發(fā)生變化，光照增強(qiáng)電阻變小，光 照減弱電阻變大。重難點(diǎn)一、誤差分析1溫度計讀數(shù)帶來的誤差，

4、可以選用精度高的溫度計在較長時 間內(nèi)讀數(shù)三次取平均值。2歐姆表的讀數(shù)帶來的誤差，可以對同一溫度、同一光照強(qiáng)度 下的電阻讀數(shù)三次取平均值。二、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，并同時讀出水溫和電阻值。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 帶蓋的紙盒中，并通過蓋上小孔改變照射到光敏電阻上的光的強(qiáng)度。3歐姆表每次換檔后都要重新調(diào)零。三、實驗改進(jìn)1實驗過程對于熱敏電阻的特性，可用以下實驗進(jìn)行研究。如圖所示，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 R 的兩端相連，這時表針指在某一刻 度，觀察下述

5、操作下的指針偏轉(zhuǎn)情況：(1)往 R 上擦一些酒精。(2)用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向判斷熱敏電阻 的特性。2實驗分析第4頁共19頁T T T T H l 1 2 nqdH nqd H (1)往 R 上擦一些酒精，發(fā)現(xiàn)指針左偏，說明 R 的阻值增大， 而酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻的溫度降低，所以熱敏電阻的阻值隨溫度 的降低而增大。(2)用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，發(fā)現(xiàn)指針右偏，說明 R 的阻值減 小，而熱敏電阻 R 的溫度升高，故熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而 減小。優(yōu)點(diǎn)：改進(jìn)后的實驗簡單且易操作，同學(xué)們能很快得出結(jié)論。 四、霍爾元件1霍爾元件如圖所示，在一個很小的矩形半導(dǎo)體(例如砷化銦 )薄

6、片上，制作 四個電極 E、F、M、N，它就成為一個霍爾元件?；魻栐軌虬?磁感應(yīng)強(qiáng)度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量。2霍爾電壓如上圖所示，在 E、F 間通入恒定電流 I，同時外加磁場 B，則 薄片中的載流子同時受到電場力和磁場力的作用。當(dāng)磁場力與電場力 平衡時，M、N 間電勢差達(dá)到恒定。設(shè)薄片厚度為 d，EF 方向長度U為 l ，MN 方向長度為 l ，則 q qvB。2IB又電流的微觀表達(dá)式為 InqSv，所以 U 。因為同一材料單位體積內(nèi)載流子的個數(shù) n、單個載流子的電荷量1 IBq 均為定值，令 k ，所以 U k 。特別提醒第5頁共19頁IBd T T T T 0 T 1 1 1 T

7、11 霍爾電壓 UHk 中，k 為霍爾系數(shù)，其大小與薄片的材料有關(guān)。2 種電阻熱敏電阻、光敏電阻 1 種元件霍爾元件1 種原理傳感器的原理典例 1如圖，一熱敏電阻 R 放在控溫容器 M 內(nèi)；mA 為毫安表，量程 6 mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E 為直流電源，電動勢約為 3 V， 內(nèi)阻很??；R 為電阻箱，最大阻值為 999.9 ；S 為開關(guān)。已知 R 在 95 時的阻值為 150 ，在 20 時的阻值約為 550 ?，F(xiàn)要求在降 溫過程中測量在 9520 之間的多個溫度下 R 的阻值。(1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖。(2)完成下列實驗步驟中的填空：a依照實驗原理電路圖連線。b調(diào)節(jié)控溫容器 M

8、 內(nèi)的溫度，使得 R 的溫度為 95 。c把電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?，以保證儀器安全。d閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù) I ，并記錄_。 e將 R 的溫度降為 T (20 T 95 )；調(diào)節(jié)電阻箱，使得電流表的讀數(shù)_，記錄_。f溫度為 T 時熱敏電阻的電阻值 R _。g逐步降低 T 的數(shù)值，直至 20 為止；在每一溫度下重復(fù)步 驟 e、f。第6頁共19頁0 0 1 0 1T T T E 0 1 0 1 E E E1 T1 01 T1T1 0 1答案 (1)見解析(2)d.電阻箱的讀數(shù) Re仍為 I 電阻箱的讀數(shù) R解析 fR R 150 (1)根據(jù)所給器材，要測量在不同溫度下 R 的阻值，

9、只能將電阻箱、熱敏電阻、毫安表與電源串聯(lián)形成測量電路，如圖所示。(2)依據(jù)實驗原理電路圖連線；調(diào)節(jié)控溫容器 M 內(nèi)的溫度，使得 R 溫度為 95 ，此時 R 阻值為 150 ，將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)淖柚担员ＷC儀器安全；閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄毫安表的示數(shù)I0，并記錄電阻箱的讀數(shù) R0，根據(jù)歐姆定律有 I0 ；將 RTR 150 的溫度降為 T1(20 T 95 )；調(diào)節(jié)電阻箱，使得毫安表的讀數(shù)仍為 I，記錄電阻箱的讀數(shù) R ，根據(jù)歐姆定律：I0 ，則 ，解得 R R R R 150 R RR R 150 ?！窘忸}法】傳感器實驗的側(cè)重與注意點(diǎn)在高考中關(guān)于傳感器的實驗主要側(cè)重于實驗電路的設(shè)計與連接

10、， 實驗數(shù)據(jù)的圖象處理，解決該類問題注意以下幾點(diǎn)：(1)依據(jù)題目要求或根據(jù)傳感器的估計阻值設(shè)計電路，如分壓、 限流接法，電流表的內(nèi)、外接。(2)實物連線時，一般先將串聯(lián)的主體電路連接好，然后連接并第7頁共19頁1 21 1 1 20 1 1 1 2 2 1 21 20 k 0 k gE。 0 k 0 1 1聯(lián)的器材。典例 2如圖所示為某種電子秤的原理示意圖， AB 為一均勻的滑動變阻器，阻值為 R，長度為 L，兩邊分別有 P 、P 兩個滑動頭， 與 P 相連的金屬細(xì)桿可在被固定的豎直光滑絕緣桿 MN 上保持水平 狀態(tài)，金屬細(xì)桿與托盤相連。金屬細(xì)桿所受重力忽略不計，彈簧處于 原長時 P 剛好指向

11、 A 端，若 P 、P 間出現(xiàn)電壓時，該電壓經(jīng)過放大 通過信號轉(zhuǎn)換器后在顯示屏上顯示出質(zhì)量的大小。已知彈簧的勁度系 數(shù)為 k，托盤自身質(zhì)量為 m ，電源的電動勢為 E，電源的內(nèi)阻忽略不 計，信號放大器、信號轉(zhuǎn)換器和顯示器的分流作用忽略不計，求：(1)托盤上未放物體時在托盤的自身重力作用下 P 距 A 端的距離 x ；(2)在托盤上放有質(zhì)量為 m 的物體時 P 距 A 端的距離 x ；(3)在托盤上未放物體時通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是調(diào)節(jié) P ，從 而使 P 、P 間的電壓為零，校準(zhǔn)零點(diǎn)后將被稱物體放在托盤上。試 推導(dǎo)出被稱物體的質(zhì)量 m 與 P 、P 間電壓 U 的函數(shù)關(guān)系式。答案 m g(1)

12、(mm )g (2)kL(3)m U解析 (1)由力的平衡知識知m gm gkx ，x (2)放上重物重新平衡后第8頁共19頁0 2 20 ，xxx R LgEx 2 10 g 0 m gmgkx ，x (mm )g 。k(3)設(shè)電路中的電流為 I，則 EIR，設(shè) P1、P2 間的電阻為 Rx，距離為 x，則R x kL UIR ， x ，解得 m U?！窘忸}法】傳感器的工作過程設(shè)計1如圖甲表示某電阻 R 隨攝氏溫度 t 變化的關(guān)系，圖中 R 表示 0 時的電阻，k 表示圖線的斜率。若用該電阻與電池 (E，r)、電流 表 R 、變阻器 R串聯(lián)起來，連接成如圖乙所示的電路，用該電阻 做測溫探頭，

13、把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，于是就得到 了一個簡單的“電阻測溫計”。(1)現(xiàn)要把電流表的刻度值改為相應(yīng)的溫度刻度值，則高溫刻度 應(yīng)在表盤的_ (選填“左”或“右” )側(cè)；(2)在標(biāo)識“電阻測溫計”的溫度刻度時，需要弄清所測溫度和 電流的對應(yīng)關(guān)系。請用 E、R 、k 等物理量表示所測溫度 t 與電流 I 的關(guān)系式：t_；第9頁共19頁1 2 1 2 3 4 1 2 g kI kg 0E g 01 k 1 (3)由(2)知，計算溫度和電流的對應(yīng)關(guān)系，需要測量電流表的內(nèi) 阻(量程 3 mA，內(nèi)阻約為 200 ，設(shè)符號為“A ”)。已知實驗室還有下 列器材：A電源 E(電動勢 12 V，內(nèi)阻

14、 r 較小)B電流表 A (量程 0.6 A，內(nèi)阻約為 0.3 )C滑動變阻器 R (020 )D滑動變阻器 R (020 k)E電阻箱 R (099.99 )F電阻箱 R (0999.9 )G電壓表 V (量程 3.0 V，內(nèi)阻約為 3 k)H電壓表 V (量程 15.0 V，內(nèi)阻約為 5 k)還有開關(guān)(單擲、雙擲等)，導(dǎo)線若干。請在方框內(nèi)設(shè)計一個合適的電路，用于測量電流表內(nèi)阻 R (電路 中用你選擇的器材符號表示 )。答案(1)左E 1(2) (rRR R )(3)見解析解析(1)溫度升高，R 的阻值越大，電流表的讀數(shù)越小，所以把電流表的刻度值改為相應(yīng)的溫度刻度值時，高溫刻度應(yīng)在表盤的左側(cè)

15、。(2)根據(jù)閉合電路歐姆定律得 I ，所以 trRR R ktEkI (rRRgR0)。(3)測電流表 A 的內(nèi)阻，可用伏安法，也可用半偏法。第10頁共19頁U 1 I 1 2 若用伏安法，電路圖如圖甲所示，其原理為 U1I1(RA1R4)，則 RA1 R4。1若用半偏法，電路圖如圖乙所示，其原理為當(dāng)電流表 A1由滿偏變?yōu)榘肫珪r，RA1R4。的示數(shù)2實驗室備有以下器材：電壓傳感器、電流傳感器、滑動變阻 器 R (阻值變化范圍 020 )、滑動變阻器 R (阻值變化范圍 01000 )、電動勢適當(dāng)?shù)碾娫础⑿襞?(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

16、框中畫出實驗電路 圖，并標(biāo)出所用滑動變阻器的符號。第11頁共19頁0 (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 R 是阻值為 9.0 的保護(hù)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(biāo)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 _。序號1 2 3 4 5 6U/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(4)若

17、將上述小燈泡直接與電源和保護(hù)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。答案(1)電路圖見解析(2)增大(3)圖見解析1.0第12頁共19頁 U 6 0.6 I (4)0.82(0.800.84 W 均正確)解析(1)要描繪小燈泡的伏安特征曲線，電壓與電流應(yīng)從零開始變化，滑動變阻器要采用分壓接法，由于小燈泡的阻值較小，電流 傳感器應(yīng)用外接法，電路圖如圖所示。(2)由圖示 U-I 圖象可知，隨電壓與電流的增大，燈泡實際功率增 大，燈絲溫度升高，電壓與電流的比值增大，燈絲電阻增大，由此可 知，小燈泡燈絲電阻隨溫度升高而增大。(3)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)作出等效電源 U-I 圖象如圖

18、所示，由圖示圖 象可知，電源內(nèi)阻 r R0 9.0 1.0 。(4)由圖示圖象可知，燈泡兩端電壓為 2.1 V，電流為 0.39 A ，燈第13頁共19頁泡的電功率為 PUI2.10.39 W0.82 W。物理建模設(shè)計探究性實驗的處理方法1設(shè)計探究性實驗所謂設(shè)計探究性實驗，就是題目要求考生運(yùn)用學(xué)過的實驗方法， 自行設(shè)計一個新的實驗方案，它要求考生設(shè)計實驗原理，選擇實驗器 材，安排實驗步驟，設(shè)計數(shù)據(jù)處理方法以及分析實驗誤差等。主要考 查考生是否理解實驗原理和實驗儀器的使用，是否具有靈活運(yùn)用實驗 知識的能力，是否具有在不同情況下遷移知識的能力。設(shè)計性實驗對 考生的能力要求較高，是高考經(jīng)?？疾榈念}型

19、之一。2設(shè)計探究性實驗的設(shè)計原則(1)科學(xué)性設(shè)計的方案應(yīng)有科學(xué)的依據(jù)及正確的操作方式。方案中所依據(jù)的原理應(yīng)遵循物理規(guī)律，且要求選用的規(guī)律簡單、 正確。方案中所安排的操作程序應(yīng)合理，其操作符合實驗規(guī)則要求。 方案中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及誤差分析應(yīng)依靠科學(xué)的方法。(2)安全性按設(shè)計方案實施時，應(yīng)安全可靠，不會對儀器、器材造成損壞。 選用器材時，應(yīng)考慮儀器、器材的性能及量值 (如儀表的量程、電器的額定值等 )的要求。設(shè)計方案時，應(yīng)安排保護(hù)措施。(3)精確性實驗誤差應(yīng)控制在誤差允許的范圍之內(nèi)，盡可能選擇誤差較小的 方案。在安裝器材時或在使用儀器之前，應(yīng)按實驗要求對器材、儀器 精心調(diào)整。如在使用某些儀表前，應(yīng)進(jìn)

20、行機(jī)械調(diào)零。選用合適的測量工具 (直尺、儀表)及合適的量值范圍，使之 與被測數(shù)值相匹配。如使用多用電表測量某電阻時，應(yīng)選用合適的擋 位，使測量時電表指針指在中央刻度值附近。第14頁共19頁實驗中可能出現(xiàn)因操作而帶來的偶然誤差，往往需要多次重 復(fù)實驗，獲取多組實驗數(shù)據(jù)，以備選取有效數(shù)據(jù)。設(shè)計合理的數(shù)據(jù)處理方式。如將多組有效數(shù)據(jù)相加后除以測 量次數(shù)，取其算術(shù)平均值 (一般求待測量的算術(shù)平均值，而不是求某 些中間量的算術(shù)平均值 )。(4)簡便性、直觀性設(shè)計實驗應(yīng)便于操作、讀數(shù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，便于實驗者 觀察。3設(shè)計性實驗的設(shè)計思路解決設(shè)計性實驗問題的關(guān)鍵在于選擇實驗原理，它是進(jìn)行實驗 設(shè)計的根本

21、依據(jù)和起點(diǎn)。它決定應(yīng)當(dāng)測量哪些物理量、如何安排實驗 步驟等項目。實驗原理的確定：一是根據(jù)問題的要求，二是根據(jù)問題 的條件。如果問題中沒有給定 (或給足)實驗器材，實驗設(shè)計的基本思路是： (1)根據(jù)問題的條件和要求，構(gòu)思相關(guān)的物理情景；(2)確定實驗原理；(3)確定需要測量的物理量；(4)制訂實驗方案。有時，對同一個問題，可以構(gòu)思出不同的物理情景，導(dǎo)出物理 量的不同表達(dá)形式，以這些表達(dá)式作為實驗設(shè)計的依據(jù)，會有不同的 實驗原理和實驗方案。如果問題中已經(jīng)給出實驗器材，則設(shè)計實驗時只能按所給的器 材來構(gòu)思物理情景。相對而言，實驗原理和實驗方案都會受到較大的 限制。【典例】 某同學(xué)對有故障的電熱毯進(jìn)行

22、探究。圖甲是電熱毯的 電路示意圖，其中電熱線和導(dǎo)線通過金屬接線片連接。圖乙為測試電 路實物圖， A、 B 為測試表筆，電壓表內(nèi)阻很大，可視為理想電表。第15頁共19頁1 1 2(1)請畫出與圖乙對應(yīng)的電路圖。(2)斷開 K ，用上述測試電路在 1 和 1之間檢測得知電熱線無 故障，然后測得電熱線的 U-I 曲線如圖丙所示。已知電熱線材料的電阻率為 2.8107m，電熱線的直徑為 0.200 mm，可求得此電熱線的電阻為 _k，總長度為 _m。(結(jié)果均保留兩位有效 數(shù)字)(3)為了進(jìn)一步檢查故障，該同學(xué)閉合開關(guān) K 和 K ，用表筆 A 和 B 分別對圖甲中所示的各點(diǎn)進(jìn)行測試，部分測試結(jié)果如下表

23、所示。 由此測試結(jié)果可判斷出電路有斷路，位置在 _之間 (在“ 1 和 2”“1和 2”“2 和 3”“2和 3”中選填一項 )。第16頁共19頁4.3l l2解析(1)電路圖如答案圖所示(2)U-I 曲線中，圖線的斜率即為電阻的測量值，2.5R k0.58 k，根據(jù) R ，S d 2 代入數(shù)據(jù)得 l65 m。(3)測 3 與 3間，電流表無示數(shù)，說明圖中的電熱線或某兩點(diǎn)間 斷路；測 1 和 1間時，電流表有示數(shù)，說明電熱線無故障；測 1 和3 間電流表有示數(shù)，說明 1 和 3 間沒有斷路；測 2和 3間電壓表 無示數(shù)，電流表有示數(shù)，說明 2和 3間沒有斷路，測 1 和 2間 電流表無示數(shù)，說明 1 和 2間斷路，所以斷路位置必在 1和 2 間。答案 (1)(2)0.58(0.57 到 0.59 均可) 65(64 到 66 均可) (3)1和 2第17頁共19頁心得體會 第18頁共19頁第19頁共19頁