學(xué)案學(xué)案3 實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡(jiǎn)單使用實(shí)驗(yàn)：傳感器的簡(jiǎn)單使用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解傳感器的工作過程，探究敏感元件的特性。了解傳感器的工作過程，探究敏感元件的特性。 2.能夠簡(jiǎn)單使用傳感器。能夠簡(jiǎn)單使用傳感器。 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 傳感器是將它感受到的物理量傳感器是將它感受到的物理量(如力、熱、光、聲等如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(一一般是電學(xué)量般是電學(xué)量)。其工作過程是通過對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一。其工作過程是通過對(duì)某一物理量敏感的元件將感受到的信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào)。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于利用的信號(hào)。例如，光電傳感器是利用光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，成電信號(hào)，熱電傳感器是利用熱敏電阻或金屬熱電阻將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過電子電路的處理就可以達(dá)到方便檢測(cè)、自動(dòng)控制、遙控等各種轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)過電子電路的處理就可以達(dá)到方便檢測(cè)、自動(dòng)控制、遙控等各種目的了。目的了。 三、實(shí)驗(yàn)器材三、實(shí)驗(yàn)器材 熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計(jì)、熱水、多用電表、小燈泡、學(xué)生電源、熱敏電阻、光敏電阻、燒杯、溫度計(jì)、熱水、多用電表、小燈泡、學(xué)生電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線若干。開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、鐵架臺(tái)、導(dǎo)線若干。 1.研究熱敏電阻的熱敏特性。研究熱敏電阻的熱敏特性。 (1)按圖所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。按圖所示連接好電路，將熱敏電阻絕緣處理。 (2)把多用電表置于把多用電表置于“歐姆擋歐姆擋”，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中，并選擇適當(dāng)?shù)牧砍虦y(cè)出燒杯中 沒有熱水時(shí)熱敏電阻的阻值，并記下溫度計(jì)的示數(shù)；沒有熱水時(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，使熱敏電阻浸沒在冷水中，記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(jì)的示數(shù)和多用電表測(cè)量的熱敏電阻的阻值；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；值，并記錄； (5)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。特性。 (6)在圖坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變?cè)趫D坐標(biāo)系中，粗略畫出熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線?；膱D線。 (7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和根據(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。溫度的升高而減小，隨溫度的降低而增大。 次數(shù)次數(shù)待測(cè)量待測(cè)量溫度溫度()電阻電阻( ) 四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 (1)將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如將光電傳感器、多用電表、燈泡、滑動(dòng)變阻器按如圖所示電路連接好，其中多用電表置于圖所示電路連接好，其中多用電表置于“100”擋；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)；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；逐漸變亮，觀察表盤指針顯示電阻阻值的情況，并記錄； (4)用手掌用手掌(或黑紙或黑紙)遮光時(shí)電阻值又是多少？并記錄；遮光時(shí)電阻值又是多少？并記錄； (5)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。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：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。弱，電阻變大。 五、注意事項(xiàng)五、注意事項(xiàng) 1.燒杯中加水改變溫度時(shí)，要等待溫度穩(wěn)定后再測(cè)熱敏電阻的阻值。并同時(shí)燒杯中加水改變溫度時(shí)，要等待溫度穩(wěn)定后再測(cè)熱敏電阻的阻值。并同時(shí)讀取溫度值。讀取溫度值。 2.歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。歐姆表每次換擋后都要重新調(diào)零。 3.調(diào)節(jié)燈泡亮度時(shí)，注意不要超過其額定電壓。調(diào)節(jié)燈泡亮度時(shí)，注意不要超過其額定電壓。光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度弱弱中中強(qiáng)強(qiáng)無光照射無光照射阻值阻值( ) 2.研究光敏電阻的光敏特性。研究光敏電阻的光敏特性?！纠?】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 采用光敏電阻來控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件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(照度照度 可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻。某光敏電阻Rp在不同在不同 照度下的阻值如下表：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)系根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)诮o定的坐標(biāo)系(圖圖)中描繪中描繪 出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度 變化的特點(diǎn)。變化的特點(diǎn)。 照度照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻電阻(k )754028232018考點(diǎn)考點(diǎn)1 1 光敏電阻的應(yīng)用光敏電阻的應(yīng)用 (2)如圖所示，當(dāng)如圖所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟時(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)動(dòng)照明系統(tǒng)，請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì) 一個(gè)簡(jiǎn)一個(gè)簡(jiǎn) 單電路，給單電路，給1、2兩端提供電兩端提供電 壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至壓，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)完時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完 成電路原理圖。成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對(duì)不考慮控制開關(guān)對(duì) 所設(shè)計(jì)電路的影響所設(shè)計(jì)電路的影響) 提供的器材如下：提供的器材如下： 光敏電阻光敏電阻RP(符號(hào)符號(hào) ，阻值見上表，阻值見上表)； 直流電源直流電源E(電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì)，內(nèi)阻不計(jì))； 定值電阻：定值電阻：R1=10 k ，R2=20 k ， R3=40 k (限選其中之一并在圖中標(biāo)出限選其中之一并在圖中標(biāo)出) 開關(guān)開關(guān)S及導(dǎo)線若干。及導(dǎo)線若干。 【解析解析】(1)光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖甲所示，其特點(diǎn)是：光敏電阻隨光照度變化的曲線如圖甲所示，其特點(diǎn)是：光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。光敏電阻的阻值隨光照度的增大非線性減小。 (2)當(dāng)光照度降至當(dāng)光照度降至1.0(lx)時(shí)，光敏電阻的阻值為時(shí)，光敏電阻的阻值為RP=20 k ，設(shè)計(jì)原，設(shè)計(jì)原理圖如圖乙所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓理圖如圖乙所示。根據(jù)歐姆定律與串聯(lián)電阻的分壓 即即 R=10 k 即與即與RP串聯(lián)的電阻應(yīng)選串聯(lián)的電阻應(yīng)選R1=10 k 。甲甲乙乙RUERUp1212 R23202 1北京奧運(yùn)會(huì)帆船賽場(chǎng)采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提北京奧運(yùn)會(huì)帆船賽場(chǎng)采用風(fēng)力發(fā)電給蓄電池充電，為路燈提供電能。用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)供電能。用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。自動(dòng)控制。光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡(jiǎn)化模型，可光敏電阻的阻值隨照射光的強(qiáng)弱而變化，作為簡(jiǎn)化模型，可以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)以近似認(rèn)為，照射光較強(qiáng)(如白天如白天)時(shí)電阻幾乎為時(shí)電阻幾乎為0；照射光較；照射光較弱弱(如黑天如黑天)時(shí)電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，時(shí)電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉，黑天打開。借助電磁開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)在白天關(guān)閉，黑天打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。1、2兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈，兩接線柱之間是勵(lì)磁線圈，3、4兩接線柱分別兩接線柱分別與彈簧片和觸點(diǎn)連接。當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于與彈簧片和觸點(diǎn)連接。當(dāng)勵(lì)磁線圈中電流大于50 mA時(shí)，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片時(shí)，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點(diǎn)分離，和觸點(diǎn)分離，3、4斷開；電流小于斷開；電流小于50 mA時(shí)，時(shí)，3、4接通。勵(lì)磁線圈中允許通過的最接通。勵(lì)磁線圈中允許通過的最大電流為大電流為100 mA。(1)利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路，畫出電路原理圖。利用以下器材設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制路燈的電路，畫出電路原理圖。 光敏電阻光敏電阻R1，符號(hào)，符號(hào) 燈泡燈泡L，額定功率，額定功率40 W，額定電壓，額定電壓36 V，符號(hào)，符號(hào) 保護(hù)電阻保護(hù)電阻R2，符號(hào)，符號(hào) 電磁開關(guān)，符號(hào)電磁開關(guān)，符號(hào) 蓄電池蓄電池E，電壓，電壓36 V，內(nèi)阻很??；開關(guān)，內(nèi)阻很?。婚_關(guān)S，導(dǎo)線若干。，導(dǎo)線若干。 (2)回答下列問題：回答下列問題： 如果勵(lì)磁線圈的電阻為如果勵(lì)磁線圈的電阻為200 ，勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為，勵(lì)磁線圈允許加的最大電壓為 _V，保護(hù)電阻，保護(hù)電阻R2的阻值范圍為的阻值范圍為_ 。 在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場(chǎng)合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場(chǎng)合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合 鐵片時(shí)，接線柱鐵片時(shí)，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油ā榇?，電磁開關(guān)內(nèi)部之間從斷開變?yōu)榻油ā榇?，電磁開關(guān)內(nèi)部 結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請(qǐng)結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。 答：答：_。 任意舉出一個(gè)其它的電磁鐵應(yīng)用的例子。任意舉出一個(gè)其它的電磁鐵應(yīng)用的例子。 答：答：_。 【解析解析】本題考查了光敏電阻在實(shí)際中的應(yīng)本題考查了光敏電阻在實(shí)際中的應(yīng)用，考查學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。用，考查學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。 (1)電路原理如圖所示電路原理如圖所示 (2)20 160520 把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)把觸點(diǎn)從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時(shí)，移到彈簧片左側(cè)，保證當(dāng)電磁鐵吸合鐵片時(shí)，3、4之間接通；不吸合時(shí)，之間接通；不吸合時(shí)，3、4之間斷開之間斷開 電磁起重機(jī)電磁起重機(jī)考點(diǎn)考點(diǎn)2 2 熱敏電阻的應(yīng)用熱敏電阻的應(yīng)用【例例2】2010年高考新課標(biāo)全國卷年高考新課標(biāo)全國卷用對(duì)溫度敏感的用對(duì)溫度敏感的 半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻半導(dǎo)體材料制成的某熱敏電阻RT，在給定溫度范圍，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娮韬蛢蓚€(gè)適當(dāng)?shù)墓潭娮鑂1、R2連成圖虛線框內(nèi)所示連成圖虛線框內(nèi)所示 的電路，以使該電路的等效電阻的電路，以使該電路的等效電阻RL的阻值隨的阻值隨RT所處所處 環(huán)境溫度的變化近似為線性的，且具有合適的阻值環(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的阻的阻 值，測(cè)量電路如圖所示。圖中的電壓表內(nèi)阻很大。值，測(cè)量電路如圖所示。圖中的電壓表內(nèi)阻很大。RL的測(cè)量結(jié)果如表的測(cè)量結(jié)果如表 格所示。格所示。溫度溫度t/30.040.050.060.070.080.090.0RL阻值阻值/ 54.351.548.344.741.437.934.7(2)為了檢驗(yàn)為了檢驗(yàn)RL與與t之間近似為線性關(guān)系，在如圖所示的坐標(biāo)之間近似為線性關(guān)系，在如圖所示的坐標(biāo) 紙上作紙上作RL-t關(guān)系圖線。關(guān)系圖線。回答下列問題：回答下列問題：(1)根據(jù)如圖根據(jù)如圖10-3-9所示的電路，在圖所示的實(shí)物圖上連線。所示的電路，在圖所示的實(shí)物圖上連線。(3)在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖甲、乙所示。電流表的在某一溫度下，電路中的電流表、電壓表的示數(shù)如圖甲、乙所示。電流表的 讀數(shù)為讀數(shù)為_，電壓表的讀數(shù)為，電壓表的讀數(shù)為_。此時(shí)等效電阻。此時(shí)等效電阻R1的阻值為的阻值為 _；熱敏電阻所處環(huán)境的；熱敏電阻所處環(huán)境的 溫度約為溫度約為_。甲甲乙乙 【解析解析】 (1)(2)如答案中的圖。如答案中的圖。 (3)由題圖讀得電流表讀數(shù)為由題圖讀得電流表讀數(shù)為115 mA，電壓表讀數(shù)為，電壓表讀數(shù)為5.0 V，則，則RL=U/I=50/0.115 43.5 。 由題表由題表1知，對(duì)應(yīng)溫度約為知，對(duì)應(yīng)溫度約為64.0(62.066.0之間某一值均可之間某一值均可)。(2)RL-t關(guān)系曲線如圖所示關(guān)系曲線如圖所示(3)115 mA 5.00 V 43.5 64.0 (6266 )【答案答案】(1)連線如圖所示。連線如圖所示。 2傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動(dòng)控制中發(fā)傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動(dòng)控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹繐]著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如如溫度、光、聲等溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(通常是電通常是電學(xué)量學(xué)量)，例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材，例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻，熱敏電阻隨溫度變化的圖線料制成的熱敏電阻，熱敏電阻隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器線路圖。作為傳感器制作的簡(jiǎn)單自動(dòng)報(bào)警器線路圖。(1)為了使溫度過高時(shí)報(bào)警器鈴響，為了使溫度過高時(shí)報(bào)警器鈴響，c應(yīng)接在應(yīng)接在_(填填“a”或或“b”)處。處。(2)若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片P點(diǎn)向點(diǎn)向_(填填“左左”或或“右右”)移動(dòng)。移動(dòng)。(3)如果在調(diào)試報(bào)警器達(dá)最低報(bào)警溫度時(shí)，無論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片如果在調(diào)試報(bào)警器達(dá)最低報(bào)警溫度時(shí)，無論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P都不能使都不能使 報(bào)警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路報(bào)警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路 實(shí)際不能工作的原因可能是實(shí)際不能工作的原因可能是_。 可能是乙圖中左邊電源端電壓太小，可能是乙圖中左邊電源端電壓太小，或者線圈的匝數(shù)太少，或者彈簧的勁度系數(shù)太大等或者線圈的匝數(shù)太少，或者彈簧的勁度系數(shù)太大等a左左